Rumus Kapasitor serta Jenis dan Contoh Soalnya, Lengkap!

Kapasitor berperan dalam penyimpanan cadangan listrik dalam jangka sementara yang dapat membantu efisiensi kegiatan yang membutuhkan alat elektronik untuk digunakan dimana saja dan kapan saja. Untuk lebih lengkapnya dapat Anda simak penjelasan beserta rumus kapasitor di bawah ini.

Apa Itu Kapasitor?

Kapasitor adalah salah satu komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik sementara. Komponen ini terbuat dari dua konduktor atau pelat logam yang dipisahkan oleh bahan isolator yang disebut dielektrik. 

Konduktor tersebut bisa berupa lembaran logam atau lapisan tipis yang dililitkan pada bagian dalam sebuah tabung atau botol, tergantung pada tipe kapasitor.

Kapasitor memiliki berbagai nilai kapasitansi yang diukur dalam satuan farad (F) atau sub-multiple-nya seperti mikrofarad (F), nanofarad (nF), atau pikofarad (pF). Nilai kapasitansi ini menunjukkan berapa banyak muatan yang dapat disimpan oleh kapasitor pada tegangan tertentu. 

Semakin besar nilai kapasitansi, maka semakin banyak pula muatan yang dapat disimpan.

Jenis Kapasitor

Berdasarkan konfigurasi dan bentuknya, kapasitor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis. Berikut adalah beberapa jenis kapasitor yang umum digunakan:

1. Kapasitor Kertas (Paper Capacitor)

Kapasitor ini terdiri dari dua lembar kertas yang dilapisi dengan lapisan foil (logam tipis) di kedua sisinya. Kertas berfungsi sebagai dielektrik. Kapasitor kertas sering digunakan dalam perangkat elektronik yang membutuhkan kapasitas yang relatif besar.

2. Kapasitor Keramik (Ceramic Capacitor)

Kapasitor keramik memiliki dielektrik yang terbuat dari bahan keramik. Kapasitor ini memiliki ukuran kecil dan tersedia dalam berbagai nilai kapasitansi. Kapasitor keramik sering digunakan dalam berbagai aplikasi elektronik, termasuk perangkat komunikasi, ponsel, dan peralatan elektronik konsumen lainnya.

3. Kapasitor Elektrolit (Electrolyte Capacitor)

Kapasitor elektrolit memiliki elektrolit sebagai dielektrik. Kapasitor ini memiliki kapasitas yang lebih besar daripada kapasitor keramik atau kertas. Kapasitor elektrolit tersedia dalam dua jenis, yaitu kapasitor elektrolit polar dan kapasitor elektrolit non-polar.

4. Kapasitor Tantalum (Tantalum Capacitor)

Kapasitor tantalum adalah jenis kapasitor elektrolit yang dielektriknya terbuat dari logam tantalum. Kapasitor ini memiliki kapasitansi yang tinggi dalam ukuran yang kecil dan cocok untuk perangkat yang membutuhkan performa tinggi dan ukuran kompak.

5. Kapasitor Variabel (Variable Capacitor)

Kapasitor variabel memungkinkan pengaturan manual atau otomatis dari nilai kapasitansi. Kapasitor ini sering digunakan dalam radio dan perangkat komunikasi lainnya untuk tuning frekuensi.

6. Kapasitor Trimmer (Trimmer Capacitor)

Kapasitor trimmer merupakan jenis kapasitor variabel yang digunakan untuk penyetelan nilai kapasitansi dalam perangkat elektronik.

7. Superkapasitor (Supercapacitor atau Ultracapacitor)

Superkapasitor adalah jenis kapasitor khusus yang memiliki kapasitansi sangat tinggi dan dapat menyimpan muatan listrik dalam jumlah besar. Superkapasitor digunakan dalam berbagai aplikasi yang membutuhkan penyimpanan energi instan, seperti dalam kendaraan listrik dan peralatan elektronik.

Rumus Kapasitor

Rumus kapasitor digunakan untuk menghitung kapasitansi (C), yang merupakan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik. Kapasitansi diukur dalam farad (F). Rumus untuk kapasitansi adalah sebagai berikut:

di mana:

C = kapasitansi (F)

Q = muatan listrik yang disimpan dalam kapasitor (Coulomb)

V = tegangan yang diterapkan pada kapasitor (volt)

Rumus kapasitor di atas menunjukkan bahwa kapasitansi (C) sebanding dengan muatan listrik (Q) yang disimpan dalam kapasitor, dan berbanding terbalik dengan tegangan (V) yang diterapkan pada kapasitor.

Selain kapasitansi, diperlukan juga menghitung energi kapasitor untuk mengetahui jumlah listrik yang akan disimpan. Rumus energi kapasitor adalah:

di mana:

E = energi kapasitor (J)

C = kapasitansi kapasitor (F)

V = tegangan pada kapasitor (volt)

Rangkaian Kapasitor

Rangkaian kapasitor mengacu pada penggabungan satu atau lebih kapasitor dalam suatu rangkaian elektronik. Kapasitor merupakan salah satu komponen dasar dalam elektronika dan dapat digunakan dalam berbagai macam konfigurasi rangkaian. Beberapa rangkaian kapasitor yang umum digunakan antara lain:

1. Rangkaian Kapasitor Paralel

Dalam rangkaian kapasitor paralel, kapasitor-kapasitor disusun secara paralel atau sejajar, sehingga kaki-kaki positif dihubungkan bersama dan kaki-kaki negatif dihubungkan bersama. Hasilnya, kapasitansi total dari rangkaian ini akan lebih besar daripada kapasitansi individualnya. 

Rangkaian kapasitor paralel sering digunakan untuk meningkatkan kapasitansi efektif dalam aplikasi yang memerlukan kapasitansi tinggi.

2. Rangkaian Kapasitor Seri

Dalam rangkaian kapasitor seri, kapasitor-kapasitor disusun secara berurutan, sehingga kaki-kaki positif satu kapasitor dihubungkan dengan kaki-kaki negatif kapasitor berikutnya. Kapasitansi total rangkaian ini akan lebih kecil daripada kapasitansi individualnya. 

Rangkaian kapasitor seri digunakan untuk mengurangi kapasitansi efektif dalam aplikasi yang membutuhkan kapasitansi yang lebih rendah.

Konsep Kapasitor

Selain mengetahui rumus kapasitor, perlu tahu juga konsep dari alat elektronik ini. Kapasitor memiliki konsep yang masuk dalam komponen pasif, maksudnya adalah jenis komponen yang dapat bekerja tanpa bantuan dari arus panjar. 

Kapasitor bekerja berdasarkan prinsip dasar fisika elektrostatika yang menyatakan bahwa muatan listrik pada benda akan menciptakan medan listrik di sekitarnya. 

Proses ini melibatkan pemisahan muatan positif dan negatif, sehingga tercipta beda potensial antara dua konduktor. Dalam kapasitor, terdiri dua keping konduktor (lempeng logam) yang dipisahkan oleh isolator (bahan penyekat) yang sering juga disebut dengan zat dielektrik.

Zat dielektrik digunakan untuk menyekat dua penghantar komponen yang memisahkan jenis kapasitor. Penggunaan kapasitor menggunakan zat dielektrik yakni berupa mika, plastik cairan, kertas, dan sebagainya.

Apabila pada kedua ujung konduktor diberikan tegangan listrik, maka muatan positif akan berkumpul dalam elektroda metalnya, kemudian muatan negatif juga terkumpul pada ujung metal lainnya secara bersamaan. Muatan negatif tidak dapat mengalir menuju kutub muatan positif, begitu pula sebaliknya.

Proses tersebut terjadi karena keduanya dipisahkan oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Selanjutnya muatan elektrik dapat tersimpan apabila tidak terdapat konduksi pada kedua ujung kutubnya.

Fungsi Kapasitor

Kapasitor memiliki fungsi-fungsi yang membuatnya menjadi komponen penting dalam berbagai aplikasi dan perangkat elektronik yang kita gunakan sehari-hari. Berikut adalah beberapa fungsi dari kapasitor:

1. Penyimpan Energi

Fungsi utama kapasitor yakni menyimpan muatan listrik sementara. Ketika kapasitor diisi dengan muatan, energi listrik disimpan dalam medan listrik antara dua konduktor dan dielektriknya. Kapasitor ini dapat dilepaskan kembali dalam bentuk energi listrik saat diperlukan

2. Penyaring Sinyal

Kapasitor digunakan dalam rangkaian elektronik sebagai komponen penyaring. Dalam kombinasi dengan resistor, kapasitor dapat memfilter sinyal elektronik dengan membiarkan sinyal frekuensi tinggi melewati dan menghalangi sinyal frekuensi rendah. 

3. Kompensasi Daya Cadangan

Kapasitor digunakan dalam beberapa aplikasi sebagai sumber daya cadangan. Mereka dapat menyimpan daya untuk digunakan dalam situasi darurat atau saat daya utama terputus.

4. Penundaan Waktu (Timing)

Kapasitor digunakan dalam rangkaian osilator dan penyusun waktu untuk mengatur penundaan waktu. Kapasitor berperan dalam mengatur waktu dan menghasilkan pulsa atau gelombang osilasi.

Contoh Soal Kapasitor

Soal 1

Sebuah kapasitor memiliki kapasitas 50F. Kapasitor diisi dengan muatan sebesar 80 mC (mikrocoulomb). Berapa tegangan di kedua pelat kapasitor?

Pembahasan:

Jadi, tegangan di kedua pelat kapasitor adalah 1,600 volt.

Soal 2:

Jadi, tegangan pada kapasitor adalah 750 volt.

Kesimpulan

Rangkaian kapasitor digunakan untuk berbagai tujuan, termasuk penyimpanan energi, penyaringan sinyal, sirkuit timer dan pengatur, dan banyak lagi. Penggunaan kapasitor dalam berbagai konfigurasi rangkaian memungkinkan insinyur elektronik untuk merancang dan mengoptimalkan fungsi dan kinerja berbagai sirkuit elektronik.

Nah, sekarang kita bisa memahami pengertian, jenis sampai dengan rumus kapasitor lengkap dengan contoh soalnya. Semoga bermanfaat!