Listrik Statis-2 [LS-2]

Dalam pembahasan kedepan ada beberapa yang perlu di pahami sebelumnya, yakni:

  1. Bagaimana interakasi antara muatan sejenis maupun berlain jenis?
  2. Jika dalam dua buah plat bermuatan yang belain jenis satu dengan yang lain kemana arah medan listriknya? Dan jika di berimuatan negatif di letakan diantara plat kemana arah muatan bergerak?

Di kehidupan sehari-hari banyak sekali instrument alat-alat rumah tangga yang di gunakan dari aplikasi listrik statis yakni kapasitor. Dalam alat-alat rumah tangga pasti di temukan adanya perangkat komponen kapasitor atau kondensator seperti pada gambar 1 berikut ini:

Gambar di atas mungkin pernah anda lihat di dalam rangkaian peralatan elektronik di rumah. Terkait fungsi dan manfaatnya apa, silahkan simak video berikut ini:

Dari video diatas kenapa lampu bisa menyala padahal tidak tersambung langsung dengan sumber tegangan (baterai)?

Untuk bisa menjawab pertanyaan di atas maka simak pembahasan terkait Energi Potensial Listrik, Potensial Listrik dan Kapasitor.

 

1. Energi Potensial Listrk

Perhatikan gambar 2. sebuah muatan uji q1 di dekatkan dengan muatan q2. Akibatnya, terjadi interaksi antara muatan q1 dangan q2 berupa gaya coulomb yang arahnya tolak-menolak

Untuk berpindah dari posisi r1 ke posis r2 , muatan q1 arus melakukan usaha. Besarnya usaha yang harus dilakukan

Tanda negatif menunjukan usaha melawan gaya coulomb. Jika usaha yang dilakukan q1 melalui perpindahan sangat kecil maka usaha dapat di peroleh dengan cara:

Sehingga persamaan usaha untuk memindahkan muatan dari satu posisi ke posisi lian adalah

Sesuai definisi dari usaha merupakan besar perubahan energi. Maka persamaan diatas dapat di buat

Maka persamaan dari energi potensial listrik adalah

Dengan r = jarak dari muatan q1 ke q2

 

2. Potensial Listrik

2.1 Potensial listrik oleh muatan  titik

Potensial listrik merupakan besarnya energi potensial listrik persatuan muatan, secara matematis dapat di tulis:

Potensial listrik pada suatu titik yang berjarak r dari muatan Q dinyatakan oleh persamaan:

Jika terdapat bebearapa muatan titik, seperti pada gambar 3 maka potensial muatan listrik merupakan jumlah aljabar potensial listrik terhadap setiap muatan listrik.

Maka besar potensial di titik p

Maka secara penyerderhanaan matematis potensial listrik untuk n muatan dapat di tulis:

Karena potensial listrik merupakan besaran sekalar, maka nilai + dan – pada muatan di sertakan dalam perhitungan (arah tidak berpengaruh)

2.2. Potensial listrik pada konduktor bola berongga bermuatan

Konduktor bola berongga bermuatan homogen di permukaan yang berjari-jari R seperti pada gambar 4 akan memiliki besar potensial di setiap titik nya.

  • di dalam sampai ke permukaan bola ( r ≤ R )

  • di luar Bola  ( r > R )

2.3. Hubungan usaha dengan potensial listrik

Sebuah muatan q yang berada pada suatu titik berpotensial V memiliki energi potensial sebesar:

Apabila sebuah muatan q akan di pindahkan dari suatu titik berpotensial V1 ke titik berpotnesial V2, maka diperlukan usaha sebesar selisih energi pitensial pada kedua titik. Secara matematis ditulis:

Dengan W = usaha untuk memindahkan muatan (J); q (muatan ); V (votensial)

2.3.1 Energi Mekanik

Gerak partikel bermuatan dalam medan listrik memiliki energi mekanik yang konstan. Dalam hal ini berlaku pesamaan:

keterangan :

q     = besar muatan (C)

m    = massa muatan (kg)

V1   = Besar potensial pada keadaan awal (Volt)

V2   = Besar potensial pada keadaan akhir (Volt)

υ1   = kecepatan awal muatan (m/s)

υ2   = kecepatan akhir muatan (m/s)

Pembahasan:

Pembahasan:

Pembahasan:

Pembahasan:

Pembahasan:

Pembahasan:

Pembahasan:

Pembahasan:

 

 

3. Kapasitor

Kapasitor adalah alat yang dapat menyimpan muatan listrik atau energi listrik. Kapasitor banyak di gunakan dalam rangkaian elektronik sebagai cadangan energi yang dapat di gunakan ketika diperlukan. Contoh kapasitor dalam rangkaian elektronik seperti pada gambar 1.

3.1 Kapasitor Keping Sejajar

Besaran yang menyatakan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan atau energi di sebut kapasitansi atau Kapasitas Kapasitor.

Bentuk kapasitor keping sejajar Gambar 5 yang di hubungkan dari sumber tegangan V sehingga plat/keping tersebut menjadi bermuatan sesuai dengan kutub pada sumber tegangan. Kapasitas suatu kapasitor bergantung pada dimensi atau ukurannya dan medium yang terdapat dalam kapasitor:

  • jika medium didalamnya vakum/ udara (gambar 5.a)

  • jika mediumnya diisi oleh bahan dielektrik (gambar 5.b)

Dengan : A [luas keping (m2) ]; d [jarak antar keping (m)]; K [konstanta dielektrik (K ≥ 1 ) ]

Ketika kapasitor diberi beda potensial V ( di hubungkan ke batrai), kapasitor tersebut akan terisi muatan. Salah satu plat penerima muatan positif dan yang lainnya negatif. Poses pengisian muatan pada kapasitor umumnya berlangsung singkat dan ketika keadaan tunak (mantap) dicapai atau kapasitor terlah terisi maksimum, tidak ada lagi pengisian muatan lagi dan tidak ada aliran arus listrik. Jumlah muatan (Q) yang tersimpan di dalam kapasitor sebanding dengan beda potensial V, dan secara matematis dapat di tuslis sebagai berikut:

Keterangan

Q            = muatan yang tersimpan (C)

V            = beda potensial (volt)

C            = kapasitas kapasitor (F)

 

3.2 Rangkaian Kapasitor

Hubungan antara medan listrik E, dengan beda votensial V, dinyatakan sebagai berikut:

keterangan :

E  = Medan Listrik  (N/C)

V  = Votensial Listrik  (Volt)

d  = jarak antar plar (m)

 

Susunan kapasitor

disusun SERI

perhatikan gambar 6 dalam susunan seri berlaku aturan berikut:

  • Muatan pada setiap kapasitor sama, yaitu sama dengan kapasitor pengganti 
  • Beda potensial pada ujung-ujung kapasitor pengganti sama dengan jumlah total beda potensial ujung-ujung setiap kapasitor.

Dari persamaan  atau  maka beda potensial ujung-ujung kapasitor kita dapat memperoleh kapasitor pengganti dengan cara:

dengan sifat kapasitor untuk muatan pada rangkaian seri q konstan, maka, nilai Kapasitor pengganti rangkaian SERI, yakni:

Disusun PARAREL

perhatikan gambar 7, dalam susuan pararel kapasitor, berlaku:

  • Beda potensial setiap kapasitor adalah sama. 
  • Muatan total pengganti kapasitor marupakan jumlah dari masing-masing muatan pada kapasitor 

Dari persamaan , maka

dengan sifat kapasitor untuk pararel V konstan, sehingga persamaan di atas bisa kita ganti mejadi

Besar kapasitor pengganti untuk jumlah kapasitor n buah pada rangkaian PARAREL dapat di tulis

 

3.3 Energi yang tersimpan dalam kapasitor

Kenaikan total energi potensial pada kapasitor adalah penjumlahan atau integral muatan dari nol sampai Q (perhatikan gambar 8). 

Energi potensial yang tersimpan dalam kapasitor dapat diperoleh sebagi barikut:

Dimana pada persamaan 

Sehingga persamaan energi potensial kapasitor

atau

Pembahasan:

 

Pembahasan:

Pembahasan:

Pembahasan:

Pembahasan:

Referensi:

5 Modul Terakhir

  • follow us on