Kapasitor

Kapasitor adalah suatu komponen listrik yang memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan listrik. Pada prinsipnya, kapasitor terdiri dari dua permukaan konduktor yang dipisahkan oleh suatu bahan isolator sehingga kedua permukaan konduktor tersebut memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan listrik.

Pada pembahasan sebelumnya, telah dipelajari bahwa pada dua buah benda yang bermuatan tidak sejenis akan terdapat gaya elektrostatis yang tarik-menarik. Pada Gambar 1 terdapat dua pelat konduktor sejajar dihubungkan dengan kutub-kutub dari baterai. Apabila saklar S ditutup, baterai akan menarik elektron dari pelat kiri dan dipindahkan ke pelat kanan, sehingga pelat kiri bermuatan positif dan pelat kanan bermuatan negatif. Proses ini berlangsung sampai terus sampai beda potensial pelat sama dengan beda potensial kutub baterai. Jika beda potensial pelat sama dengan baterai pemindahan muatan berhenti dan dikatakan kapasitor tersebut telah terisi penuh. Sebenarnya proses pengisian ini berlangsung sangat lama (tak hingga) tetapi kapasitor dapat dianggap telah terisi penuh jika kekurangan muatan (dari mulai penuh) dapat diabaikan. Ini tidak terlalu lama.

Gambar 1 Gaya elektrostatis antara dua pelat konduktor yang muatannya tidak sejenis

Perhatikan bahwa kedua permukaan konduktor dipisahkan oleh suatu medium isolator. Oleh karena itu, tidak akan terdapat aliran partikel antara kedua permukaan konduktor tersebut, sehingga masing-masing permukaan konduktor akan menyimpan muatannya. Kedua konduktor pada Gambar 2 disebut pelat, dan isolator yang memisahkan kedua pelat tersebut dinamakan dielektrik.

 Gambar 2 (a) Sebuah kapasitor sederhana (b) Simbol dari kapasitor

Kapasitansi Kapasitor

Sebuah kapasitor yang dimuati akan tersimpan di dalamnya suatu tenaga potensial listrik yang sama dengan energi yang diperlukan untuk memuati kapasitor tersebut. Tenaga ini dapat diperoleh kembali jika kapasitor tersebut mengosongkan muatannya. Energi untuk memuati kapasitor tersebut dapat dimisalkan dengan suatu pengaruh luar yang menarik elektron-elektron dari pelat positif dan mendorong elektron-elektron tersebut ke pelat negatif, dengan demikian akan menghasilkan pemisahan muatan, biasanya energi untuk memuati kapasitor diberikan oleh sebuah baterai dengan mengubah energi kimia yang tersimpan di dalam baterai tersebut.

Misalkan pada saat t sebuah muatan q(t) telah dipindahkan dari sebuah pelat ke pelat yang lain. Perbedaan potensial V(t) di antara pelat-pelat pada saat tersebut akan menjadi q(t)/C. Jika suatu penambahan muatan sebesar dq dipindahkan, maka jumlah kecil energi tambahan yang diperlukan akan sama dengan :

Jika proses ini diteruskan sampai sebuah muatan total sebesar q telah dipindahkan, maka energi total yang didapatkan menjadi :

 

Dari hubungan q = CV, maka dapat dituliskan juga sebagai :

Persamaan (3) memisalkan bahwa tenaga yang tersimpan di dalam sebuah kapasitor berdiam di dalam medan listrik. Sewaktu q atau V di dalam Persamaan (2) dan Persamaan (3) semakin besar, misalnya medan listrik E pun semakin besar dan bila q dan V adalah nol, maka E pun nol.

Di dalam sebuah kapasitor pelat sejajar yang mengabaikan efek medan pinggir maka medan listrik mempunyai nilai yang sama untuk semua titik di antara pelat-pelat tersebut. Jadi kerapatan energi yang tersimpan per satuan volum haruslah uniform dan diberikan oleh :

dengan Ad adalah volum di antara pelat-pelat tersebut. Dengan mensubstitusikan hubungan C =є₀A/d, maka akan menghasilkan persamaan :

 

Akan tetapi V/d adalah medan listrik E, sehingga :

Referensi :

1.    Halliday, David; Robert Resnick, “Fisika Jilid 2”, Diterjemahkan oleh : Pantur Silaban Ph.D dan Drs.Edwin Sucipto, Jakarta: Erlangga, 1996.