Kapasitas kapasitor atau kapasitansi ini adalah salah satu konsep penting dalam dunia elektronika dan listrik. Kapasitor merupakan komponen dasar dalam suatu rangkaian listrik yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik.
Pada artikel ini, kamu akan mempelajari secara mendalam tentang pengetahuan dasar mengenai kapasitas kapasitor, termasuk besaran satuan pengukuran, pengaruh, rumus, serta beberapa contoh penerapannya dalam berbagai aplikasi.
Daftar ISI
Pengertian Kapasitor
Kapasitor merupakan komponen listrik yang terdiri dari dua konduktor yang terpisah oleh bahan isolator yang disebut dielektrik. Pada umumnya, konduktor ini berbentuk pelat atau lembaran paralel satu sama lain.
Ketika kapasitor terhubung ke sumber listrik, muatan listrik dapat tersimpan di antara kedua konduktor ini dan menghasilkan kapasitas kapasitor.
Kemampuan ini menjadikan kapasitor berperan penting dalam berbagai aplikasi elektronika, termasuk sebagai tempat penyimpanan energi, penyaring sinyal, dan dalam rangkaian waktu serta pengaturan waktu.
Terdapat banyak sekali jenis kapasitor, seperti kapasitor keping sejajar, kapasitor kertas, kapasitor keramik, kapasitor mika, kapasitor elektrolit, dan lain sebagainya.
Pengertian Kapasitas Kapasitor
Kapasitas kapasitor dapat diukur dalam farad (F), yang menyatakan jumlah muatan (Q) yang tersimpan oleh kapasitor pada beda potensial tertentu (V). Satu farad dapat diartikan sebagai kapasitas kapasitor yang akan menyimpan satu coulomb ketika potensialnya berubah satu volt.
Satuan Kapasitas Kapasitor
Pada umumnya, satuan besaran kapasitas kapasitor adalah farad. Namun, dalam praktiknya, farad cenderung terlalu besar untuk ukuran kapasitor biasa yang digunakan dalam rangkaian elektronik sehari-hari.
Oleh karena itu, terdapat satuan-satuan yang lebih kecil, seperti mikrofarad (μF), nanofarad (nF), dan picofarad (pF).
- 1 farad = 1.000.000 mikrofarad
- 1 farad = 1.000.000.000 nanofarad
- 1 farad = 1.000.000.000.000 picofarad
Satuan-satuan ini dapat membantumu dalam menyederhanakan angka besar yang mungkin muncul ketika mengukur kapasitas kapasitor yang umumnya kecil.
Pengaruh Kapasitas Kapasitor
Terdapat beberapa pengaruh penting pada kapasitas kapasitor dalam rangkaian listrik. Beberapa di antaranya adalah sebagai berikut:
1. Penyimpanan Muatan
Kapasitor dapat berfungsi sebagai penyimpanan muatan listrik. Ketika kapasitor berisi muatan, energi listrik akan tersimpan dalam bentuk medan elektrostatik di antara dua konduktor.
2. Penyaringan Sinyal
Kapasitor juga dapat berfungsi sebagai rangkaian filter untuk menyaring sinyal. Pada frekuensi yang rendah, kapasitor berperilaku seperti sirkuit terbuka. Sedangkan pada frekuensi yang tinggi, kapasitor berperilaku seperti sirkuit pendek.
Hal ini memungkinkan kapasitor untuk melewati sinyal dengan frekuensi tertentu dan menyaring sinyal dengan frekuensi lainnya.
3. Penghalang Arus Bolak-Balik
Kapasitor memungkinkan arus bolak-balik (AC) untuk melewati sirkuitnya dan mencegah aliran arus searah (DC). Hal ini membuat kapasitor berguna dalam berbagai aplikasi, seperti kopling AC dan penghalang DC dalam rangkaian listrik.
4. Pengaturan Waktu
Selain itu, kapasitor juga dapat menjadi osilator atau rangkaian yang menghasilkan keluaran dengan amplitudo yang berubah-ubah seiring berjalannya waktu.
Contohnya
Terdapat beberapa contoh kapasitas kapasitor dalam berbagai aplikasi elektronik, di antaranya adalah sebagai berikut:
1. Pengaplikasian Mikrokontroler
Dalam sebuah mikroprosesor dan mikrokontroler, kapasitor dapat menjadi salah satu bagian dari rangkaian reset. Kapasitor kecil digunakan bersama dengan resistor untuk mengatur waktu reset agar sistem stabil dan dapat berfungsi dengan baik setelah daya dinyalakan.
2. Filter Penguat
Kapasitor dapat berfungsi untuk menghilangkan noise dan gangguan dari sinyal audio atau sinyal elektronik lainnya dalam filter penguat.
3. Sistem Daya
Kapasitor besar digunakan dalam power supply untuk menghilangkan atau mengurangi gelombang pada sumber daya. Kapasitor tersebut berperan sebagai penyimpanan energi sementara dan membantu menjaga stabilitas dan keandalan sistem daya.
4. Flash Kamera
Kapasitor juga dapat berfungsi untuk menyimpan muatan listrik dan kemudian menghasilkan cahaya yang terang untuk mengambil foto dalam kondisi cahaya yang rendah.
5. Starting Motor Listrik
Selain itu, kapasitor elektrolit besar dapat digunakan dalam motor listrik tiga fase sebagai kapasitor starter, yang membantu menyalakan motor.
Rumus
Secara matematis, rumus dasar untuk menghitung kapasitas kapasitor adalah sebagai berikut:
C = Q V
Keterangan:
C = kapasitas kapasitor (F)
Q = muatan listrik (C)
V = tegangan atau beda potensial di atas kapasitor (V)
Berdasarkan rumus di atas, ini dapat menunjukkan bahwa kapasitas kapasitor adalah rasio muatan listrik yang tersimpan di dalamnya terhadap tegangan yang diberikan kepadanya.
Jadi, semakin besar muatan yang tersimpan di dalam kapasitor untuk tegangan tertentu, maka akan semakin besar pula kapasitasnya.
Selain itu, bahan dielektrik yang dipakai juga dapat menjadi pengaruh pada besarnya kapasitas kapasitor, yang bisa dirumuskan sebagai berikut:
C0 = Ɛ0 . A/d
Keterangan:
C0 = kapasitas kapasitor dalam udara (F)
Ɛ0 = permitivitas ruang hampa (8,85 × 10-12 C2/Nm2)
A = luas keping sejajar (m2)
d = jarak antara dua keping (m)
Hubungan Kapasitas Kapasitor dengan Muatan dan Energi yang Dihasilkan
Apabila rangkaian kapasitor mendapatkan tegangan, maka kapasitor akan mengakumulasi muatan listrik. Kapasitor terdiri dari dua pelat di mana satu pelat menerima muatan positif dan pelat yang lainnya menerima muatan negatif.
Pengisian muatan pada kapasitor biasanya berlangsung dengan cepat. Setelah mencapai muatan maksimum, kapasitor mencapai keadaan tunak atau konstan (steady state), di mana tidak ada aliran arus listrik lagi.
Kapasitas kapasitor (C) dan beda potensial (V) dapat mempengaruhi jumlah muatan listrik (Q). Sementara itu, energi listrik yang tersimpan dalam kapasitor setara dengan usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik (Q) dari sumber tegangan (V) ke kapasitor.
Ketika ditampilkan dalam grafik kapasitor, besaran energi tersebut membentuk segitiga di bawah kurva, dan sesuai dengan persamaan W = ½ QV.
Kemudian, substitusikan nilai Q = CV ke persamaan dan akan membuat persamaan yang baru untuk energi yang dibuat oleh kapasitor, yakni W = ½ Q . V = ½ . CV . V = ½ CV2.
Sehingga, hubungan kapasitor, muatan listrik, dan energi yang dihasilkan menjadi persamaan berikut ini.
Q = C V
W = ½ QV
W = ½ CV2
Keterangan:
Q = muatan listrik (coulomb)
C = kapasitansi (farad)
V = tegangan (volt)
W = energi (joule)
Contoh Soal dan Pembahasan
Setelah kamu mengetahui pengertian, satuan, serta rumus kapasitas kapasitor, sekarang coba kerjakan contoh soal berikut ini untuk menambah pemahaman bahasan di atas.
Contoh Soal 1
Jika sebuah kapasitor memiliki kapasitas sebesar 5 μF dan ada udara di antara keping-kepingnya, dan 30 μF jika di antara kepingannya terdapat lembaran porselen, berapa konstanta dielektrik porselennya?
Pembahasan :
Kapasitas kapasitor antara dua pelat yang berbatas udara: C0 = 5 μF
Kapasitas kapasitor antara dua pelat yang berbatas porselen: C = 30 μF
Hitunglah konstanta dielektrik porselen (K) dengan persamaan berikut ini.
C = K × C0
30 = K × 5
K = 30/5 = 6
Jadi, konstanta dielektrik porselennya adalah sebesar 6.
Contoh Soal 2
Perhatikan beberapa faktor berikut ini:
- Tebal plat
- Luas plat
- Jarak kedua plat
- Panjang plat
Faktor apa yang dapat mempengaruhi besarnya kapasitas keping sejajar ketika diberi muatan?
- 3 & 4
- 1 & 4
- 1 & 2
- 2 & 4
- 1, 2, & 3
Pembahasan:
Coba lihat kembali rumus keping sejajar:
C0 = Ɛ0 . A/d
Jadi, faktor yang dapat mempengaruhi besar kapasitas keping sejajar sbagaimana yang tertera pada opsi pernyataan di atas adalah nomor 2 & 4 (D).
Kesimpulan
Pada kesimpulannya, kapasitas kapasitor merupakan aspek penting dalam dunia elektronika dan listrik yang menentukan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik pada tegangan tertentu.
Kapasitas kapasitor melibatkan konsep kapasitansi yang bisa diukur dalam satuan farad (F). Selain itu, kapasitor dapat berperan sebagai penyimpan energi, penyaring sinyal, dan membentuk osilator serta pembangkit waktu.
Dengan pemahaman yang baik tentang materi ini, kamu dapat merancang rangkaian listrik yang lebih efisien dan berkinerja tinggi dalam berbagai perangkat elektronik serta dapat membuka pintu untuk lebih mendalami kinerja dan aplikasi kapasitor di dunia teknologi modern.
Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik pada berbagai tegangan akan memungkinkan penggunaannya dalam berbagai aplikasi seperti yang sudah disebutkan sebelumnya.
Selain itu, pemahaman terkait satuan dan rumusnya juga dapat membantu para teknisi dalam merancang rangkaian listrik yang efektif dan efisien.
