Kapasitor adalah komponen listrik yang memiliki kemampuan untuk menyimpan energi sementara. Besarnya energi yang tersimpan pada kapasitor dipengaruhi oleh kapasitansi C dan tegangan V dalam rangkaian listrik. Kapasitansi atau kapasitas kapasitor adalah besaran yang menunjukkan seberapa besar kapasitor dapat menyimpan energi. Tegangan atau beda potensial adalah besaran yang menyatakan banyaknya energi yang dibutuhkan untuk memindahkan/mengalirkan muatan listrik pada suatu rangkaian.
Bagaimana cara menghitung besar energi yang tersimpan pada kapasitor? Apa rumus energi yang tersimpan pada kapasitor? Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.
Table of Contents
- Kapasitansi (Kapasitas Kapasitor)
- Rumus Energi yang Tersimpan pada Kapasitor
- Contoh Soal dan Pembahasan
Kapasitansi (Kapasitas Kapasitor)
Salah satu faktor yang mempengaruhi besar energi yang tersimpan pada kapasitor adalah nilai kapasitansinya. Kapasitansi disebut juga dengan kapasitas kapasitor yaitu besaran yang menyatakan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan atau energi. Besar nilai kapasitansi dipengaruhi dimensi dan medium dalam kapasitor itu sendiri.
Kapsitor yang memiliki luas pelat A, jarak antar pelah d, dan antara kedua pelat hanya berisi udata memiliki nilai kapasitansi C0. Jika antara dua pelat kapasitor terdapat bahan dielektrik dengan konstanta elektrik K maka nilai kapasitansinya adalah C = KC0. Di mana persamaan untuk C0 dan C sesuai dengan rumus berikut.
Baca Juga: Kumpulan Rumus Rangkaian RLC
Rumus Energi yang Tersimpan pada Kapasitor
Antara besar kapasitansi dan energi yang tersimpan dalam kapasitor memiliki hubungan senilai. Di mana, semakin besar nilai kapasitansi maka energi yang dihasilkan kapasitor juga semakin besar. Sebaliknya, semakin kecil nilai kapasitansi maka energi yang dihasilkan kapasitor juga akan semakin kecil. Satuan kapasitansi adalah Farad (F) dan satuan energi yang dihasilkan pada kapasitor adalah Joule (J).
Selain kapasitansi, faktor yang mempengaruhi energi yang tersimpan pada kapasitor adalah tegangan dari rangkaian listrik. Besar energi yang dihasilkan pada kapasitor memiliki hubungan sebanding dengan kuadrat tegangan.
Secara matematis, rumus energi yang tersimpan pada kapasitor sesuai dengan persamaan berikut.
Baca Juga: Cara Hitung Total Kapasitas Kapasitor yang Dirangkai Seri dan Paralel
Contoh Soal dan Pembahasan
Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk menambah pemahaman bahasan di atas. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasannya. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat Berlatih!
Contoh 1 – Soal Energi yang Tersimpan pada Kapasitor
Kapasitor C1 dan C2 yang dipasang paralel masing-masing mempunyai kapasitas 2 μF dan 4 μF. Jika tegangan ujung-ujung kapasitor 12 volt, maka
1) kapasitas pengganti kedua kapasitor tersebut adalah 6 μF
2) muatan listrik C2 adalah 18 μF
3) energi yang tersimpan di C1 adalah 1,44 × 10‒4 J
4) energi yang tersimpan di C2 adalah 5,76 × 10‒4 J
Pernyataan yang benar adalah ….
A. 1, 2, dan 3
B. 1 dan 3
C. 2 dan 4
D. hanya 4
E. 1, 2, 3, dan 4
Pembahasan:
Diketahui C1 = 2 μF dipasang paralel dengan C2 = 4 μF maka kapasitas pengganti kedua kapasitor sama dengan Cp = C1 + C2 = 2 + 4 = 6 μF.
Muatan listrik kapasitor C2:
Q = C2V
Q = 4 × 12 = 48 C
Energi yang disimpan pada kapasitor C1:
W1 = 1/2C1V2
W1 = 1/2×2·10-6×122
W1 = 144× 0-6 = 1,44×10-4 J
Energi yang disimpan pada kapasitor C2:
W2 = 1/2C2V2
W2 = 1/2×4·10-6×122
W2 = 288×10-6 = 2,88×10-4 J
Jadi, pernyataan yang benar adala 1 dan 3.
Jawaban: B
Contoh 2 – Soal Energi yang Tersimpan pada Kapasitor
Dua buah kapasitor identik yang mula-mula belum bermuatan akan dihubungkan dengan baterai 10 V. Jika hanya salah satu yang dihubungkan dengan baterai tersebut, energi yang tersimpan dalam kapasitor adalah E. Energi yang akan tersimpan jika kedua kapasitor tersebut dihubungkan seri dengan baterai adalah ….
A. ¼E
B. ½E
C. E
D. 2E
E. 4E
Pembahasan:
Dari informasi yang diberikan pada soal dapat diperoleh nilai-nilai besaran seperti berikut.
- Dua buah kapasitor identik: C1 = C2 = C
- Tegangan sumbuer: V = 10 V
- Energi yang tersimpan dalam sebuah kapasitor adalah E = ½CV2
Menentukan kapasitas pengganti dua kapasitor (Cs):
Energi yang akan tersimpan jika kedua kapasitor tersebut dihubungkan seri dengan baterai:
W = ½CsV2
W = ½ × ½C ×V2
W = ½ × ½CV2
W = ½E
Jadi, energi yang akan tersimpan jika kedua kapasitor tersebut dihubungkan seri dengan baterai adalah ½E.
Jawaban: B
Contoh 3 – Soal Energi yang Tersimpan pada Kapasitor
Sebuah kapasitor dengan kapasitansi 10-5 F yang pernah dihubungkan beberapa saat lamanya pada beda potensial 500 V, kedua ujungnya dihubungkan dengan ujung-ujung kapasitor lain dengan kapasitansi 4 × 10-5 F yang tidak bermuatan. Energi yang tersimpan dalam kedua kapasitor tersebut adalah ….
A. 0,25 J
B. 0,5 J
C. 0,1 J
D. 1,25 J
E. 1,5 J
Pembahasan:
Dari keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh beberapa informasi seperti berikut.
- Kapasitas kapasitor 1: C1 = 10-5 F
- Beda potensial: 500 V
- Kapasitas kapasitor kedua: C2 = 4 × 10-5 F
Energi yang tersimpan pada kapasitor pertama:
W = ½×C1×V2
W = ½×10-5×5002
W = ½ × 10-5 × 25 ·104
W = 12,5 × 10-1 = 1,25 J
Ujung-ujung kapasitor pertama dihubungkan dengan ujung-ujung kapasitor kedua. Sehingga, rangkaian kapasitor pertama dan kedua adalah paralel.
Kapasitansi total C1 dan C2:
Cp = C1 + C2
Cp = 10-5 + 4·10-5 = 5×10-5 F
Diketahui bahwa kapasitor kedua tidak bermuatan (Q2 = 0), sementara dari hasil perhitungan diperoleh bahwa muatan kapasitor pertama adalah Q1 = 5×10-3 C.
Muatan listrik kedua kapasitor:
Q = Q1 + Q2
Q = 5×10-3 + 0 = 5×10-3 C
Selanjutnya adalah menentukan energi yang tersimpan dalam kedua kapasitor dilakukan seperti pada cara penyelesaian berikut.
Jadi, energi yang tersimpan dalam kedua kapasitor tersebut adalah 0,25 J.
Jawaban: A
Demikianlah tadi ulasan bentuk rumus energi yang tersimpan pada kapasitor dan contoh penggunaannya. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat!
Baca Juga: Rangkaian Listrik 2 Loop dan 1 Loop
