Jumat, 26 Februari 2010


KAPASITOR


Seberapa seringkah kalian men-charge handphone..? atau pernahkah kalian melihat lampu flash dari kamera..?

Baterai handphone, lampu flash kamera adalah contoh penggunaan kapasitor dari kehidupan sehari-hari. Alat-alat elektronik yang ada seperti TV, komputer, Laptop menggunakan kapasitor sebagai komponen penyusunnya.

Pengertian Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik, dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik) tiap konduktor di sebut keping. Kapasitor atau disebut juga kondensator adalah alat (komponen) listrik yang dibuat sedemikian rupa sehingga mampu menyimpan muatan listrik untuk sementara waktu. Pada prinsipnya sebuah kapasitor terdiri atas dua konduktor (lempeng logam) yang dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator). Isolator penyekat ini sering disebut bahan (zat) dielektrik.

Zat dielektrik yang digunakan untuk menyekat kedua penghantar dapat digunakan untuk membedakan jenis kapasitor. Beberapa kapasitor menggunakan bahan dielektrik berupa kertas, mika, plastik cairan dan lain sebagainya. Beberapa jenis kapasitor menurut bahan dielektiknya antara lain:

1. Kapasitor 2. Kapasitor 3. Kapasitor 4. Kapasitor 5. Kapasitor
elektrolit tantalum Polister Film Poliprolyene Kertas


6. Kapasitor 7. Kapasitor 8. Kapasitor 9. Kapasitor
Mica Keramik Epoxy Variable



Kegunaan kapasitor dalam berbagai rangkaian listrik adalah:
a. mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan, bila tiba-tiba arus listrik diputuskan dan dinyalakan
b. menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronik
c. memilih panjang gelombang pada radio penerima
d. sebagai filter dalam catu daya (power supply)

Bentuk kapasitor
a. kapasitor kertas (besar kapasitas 0,1 F)
b. kapasitor elektrolit (besar kapasitas 105 pF)
c. kapasitor variabel (besar kapasitas bisa di ubah-ubah dengan nilai kapasitas maksimum 500 pF)

Simbol Kapasitor
Kapasitor disimbolkan dengan

Kapasitas Kapasitor

Ketika kapasitor dihubungkan dengan sumber tegangan (misalnya baterai atau sumber tegangan yang lain) kapasitor akan menyimpan muatan. Besarnya kapasitas muatan yang tersimpan dalam kapasitor disebut kapasitas kapasitor. Besarnya kapasitas kapasitor disebut kapasitansi. Kapasitas kapasitor adalah banyak muatan yang tersimpan dalam kapasitor ketika di hubungkan dengan beda potensial tertentu. Besarnya kapasitansi (C) adalah.

Keterangan
C = Kapasitas kapasitor, farad
q = muatan yang tersimpan, coulomb
V = beda potensial, volt

Pada Umumnya besaran kapasitor C diukur dalam satuan mikrofarad (F) atau pikofarad (pF). Hubungan antara farad,mikrofarad dan pikofarad dapat dinyatakan sebagai berikut:
1 F = 10-6 F
1 pF = 10-12F



Sebuah kapasitor dengan kapasitas 0,5 F dimuati dengan baterai 12 volt. Hitunglah besar muatan yang tersimpan dalam kapasitor tersebut
Jawab
C = 0,5 10-6F
V = 12 V

Q = C.V
= 0,5 . 10-6(12)
= 6.10-6 C

Kapasitor yang paling sederhana adalah kapasitor keping sejajar yang terdiri dari 2 keping logam seluas A yang terpisah pada jarak d, seperti terlihat pada gambar berikut:



Pada keping sejajar nilai kapasitas kapasitor dinyatakan

Untuk penyekat udara εr=1, sehingga nilai kapasitas kapasitor

Tampilan:
C = kapasitas keping sejajar, farad
εr = permitivitas relatif bahan penyekat
ε = permitivitas bahan penyekat
ε0 = permitivitas vakum
8,5 x 10-12C2/N-1m-2
d = Jarak antar keping, m

Contoh soal
Hitunglah kapasitansi keping sejajar dengan ukuran (0.1 m x 0.1m) yang berada di udara dengan jarak antar keeping 5 mm.
Dengan ε0 = permitivitas vakum

8,5 x 10-12C2/N-1m-2

Jawab
A = 0,1 x 0,1 = 10-2 m2
d = 5 x 10-3 m
εr = 1


Susunan Seri Kapasitor

Pada susunan seri kapasitor berlaku Kapasitor equivalen

  • muatan pada tiap-tiap kapasitor adalah sama, yaitu sama dengan muatan pada kapasitor pengganti qs = q1 = q2 = ....
  • Beda potensial pada ujung-ujung kapasitor pengganti adalah sama dengan jumlah beda potensial ujung-ujung tiap kapasitor V s = V 1 + V 2 + ....
  • Besarnya kapasitas kapasitor pengganti susunan seri dari beberapa buah kapasitor dapat dihitung V s = V 1 + V 2 + ....

    karena qs = q1 = q2 = .... maka


Susunan Paralel Kapasitor

Pada susunan paralel kapasitor berlaku Kapasitor equivalen

  • Beda potensial tiap-tiap kapasitor sama, yaitu sama dengan potensial sumber
    Vp = V1 = V2 = ....

  • Muatan kapasitor pengganti sama dengan jumlah muatan tiap-tiap kapasitor
    qp = q1 + q2 ....

  • Untuk menentukan besar kapasitas kapasitor pengganti susunan paralel CP dari beberapa buah kapasitor dapat dihitung

    qs = q1 + q2 + ....
    VpVp = C1V1 + C2V2 +..... karena Vp = V1 = V2 = ....



Contoh soal
Dibawah ini tertera skema rangkaian 5 buah kapasitor yang sama besarnya. Kapasitas antara K dan M adalah ....



Energi yang tersimpan dalam kapasitor ( W ) dinyatakan dengan persamaan
W = q2/C
= qV
= C V2

Keterangan:
W = Energi yang tersimpan dalam kapasitor, J
q = muatan pada kapasitor, coulomb
C = kapasitas kapasitor, farad
V = Beda potensial, volt


ALAT UKUR LISTRIK

Alat Ukur Kuat Arus

Amperemeter adalah alat untuk mengukur kuat arus. Alat ini sering digunakan oleh teknisi elektronik yang biasanya menjadi satu dalam multitester atau Avometer. Avometer adalah singkatan dari Amperemeter, Voltmeter dan Ohmmeter.

Gambar: Amperemeter dan mikroamperemeter


Amperemeter yang sering digunakan di laboratorium sekolah, kemampuan pengukurannya terbatas sesuai dengan nilai maksimum yang tertera dalam alat urkur itu. Ada yang maksimumnya 5 A, 10 A dan 20 A.


Amperemeter bisa jadi tersusun atas mikroamperemeter dan shunt. Mikroamperemeter berguna untuk mendeteksi ada tidaknya arus melalui rangkaian karena nilai kuat arus yang kecilpun dapat terdeteksi. Untuk mengukur kuat arus yang lebih besar dibantu dengan hambatan Shunt sehingga kemampuan mengukurnya disesuaikan dengan perkiraan arus yang ada. Jika kita memperkirakan dalam rentang miliampere, dapat kita gunakan shunt yang tertera 100 mA atau 500 mA.

Prinsip Kerja Amperemeter

Amperemeter bekerja berdasarkan prinsip gaya magnetik (Gaya Lorentz). Ketika arus mengalir melalui kumparan yang dilingkupi oleh medan magnet timbul gaya lorentz yang menggerakan jarum penunjuk menyimpang. Apabila arus yang melewati kumparan besar, maka gaya yang timbul juga akan membesar sedemikian sehingga penyimpangan jarum penunjuk juga akan lebih besar. Demikian sebaliknya, ketika kuat arus tidak ada maka jarum penunjuk akan dikembalikan ke posisi semula oleh pegas. Besar gaya yang dimaksud sesuai dengan Prinsip Gaya Lorentz F = B.I. L


Kemampuan amperemeter dapat ditingkatkan dengan memasang hambatan shunt secara parallel terhadap amperemeter.
Besar hambatan shunt tergantung pada berapa kali kemampuannya akan ditingkatkan.
Misalnya mula-mula arus maksimumnya adalah I, akan ditingkatkan menjadi I’ = n.I, maka besar hambatan shunt.

RG = Hambatan galvanometer mula-mula

Contoh Soal:
Sebuah amperemeter dengan hambatan RG = 100 ohm dapat mengukur kuat arus maksimum

100 mA. Berapa besar hambatan shunt yang diperlukan agar dapat mengukur kuat arus sebesar

10 A.


Penyelesaian:
N = 10 A : 100 mA = 100

Cara Penggunaan Amperemeter

Jika kita akan mengukur arus yang melewati penghantar dengan menggunakan Amperemeter maka harus kita pasang seri dengan cara memotong penghantar agar arus mengalir melewati ampere meter.


Perhatikan gambar.
Setelah kita buka saklar S kemudian kita putus penghantar, kemudian sambungkan amperemeter di tempat itu.

Setelah amperemeter terpasang, kita dapat mengetahui besar kuat arus yang mengalir melalui penghantar dengan membaca amperemeter melalui jarum penunjuk.
Dalam membaca amperemeter harus diperhatikan karakteristik alat ukur karena jarum penunjuk tidak selalu menyatakan angka apa adanya.
Kuat arus yang terukur I dapat dihitung dengan rumus:

A = Amperemeter yang digunakan

Alat Ukur Tegangan

Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik. Alat ini sering digunakan oleh teknisi elektronik yang biasanya menjadi satu dalam multi tester atau Avometer.
Avometer adalah singkatan dari Amperemeter, Voltmeter dan Ohmmeter.

Gambar: Voltmeter dan Multimeter


Voltmeter yang sering digunakan di laboratorium sekolah. Kemampuan pengukurannya terbatas sesuai dengan nilai maksimum yang tertera dalam alat ukur itu. Ada yang maksimumnya 5 V, 10 V dan 20 V dan seterusnya.

Prinsip Kerja Voltmeter

Prinsip Kerja Voltmeter hampir sama dengan Amperemeter karena desainnya juga terdiri dari galvanometer dan hambatan seri atau multiplier.
Galvanometer menggunakan prinsip hukum Lorentz, dimana interaksi antara medan magnet dan kuat arus akan menimbulkan gaya magnetic. Gaya magnetik inilah yang menggerakan jarum penunjuk sehingga menyimpang saat dilewati oleh arus yang melewati kumparan.
Makin besar kuat arus akan makin besar penyimpangannya.


Desain penyusunan galvanometer dengan hambatan multiplier menjadi voltmeter dapat dilihat pada gambar berikut.


Fungsi dari multiplier adalah menahan arus agar tegangan yang terjadi pada galvanometer tidak melebihi kapasitas maksimumnya, sehingga sebagian tegangan akan berkumpul pada multiplier. Dengan demikian kemampuan mengukurnya menjadi lebih besar.

Jika kemampuannya ingin ditingkatkan menjadi n kali maka dapat ditentukan berapa besar hambatan multiplier yang diperlukan.

V = tegangan yang akan diukur
VG = Tegangan maksimum galvanometer
RG = Hambatan galvanometer
Rm = Hambatan multiplier


Contoh Soal:

Sebuah Galvanometer yang memiliki hambatan dalam 10 ohm dan tegangan maksimum 10 mV akan dipakai untuk mengukur tegangan hingga tegangan maksimumnya bisa 20 V. Berapa besar hambatan multiplier yang diperlukan ?

Penyelesaian:
n = 10 : 0,01 = 1000
Rm = ( n – 1) . RG
= 999. 10

= 9990 ohm

Cara Penggunaan Voltmeter

Untuk mengukur tegangan kita harus menggunakan voltmeter yang dipasang paralel terhadap komponen yang kita ukur beda potensialnya. Jadi tidak perlu dilakukan pemutusan penghantar seperti pada amperemeter. Lihat animasi berikut.


Pada rangkaian arus searah pemasangan kutub-kutub voltmeter harus sesuai. Kutub positip dengan potensial tinggi dan kutub negatip dengan potensial rendah. Biasanya ditandai dengan kabel yang berwarna hitam dan merah atau biru. Bila pemasangan terbalik akan terlihat penyimpangan yang arahnya ke kiri. Sedangkan pada rangkaian arus bolak balik tidak menjadi masalah.

Setelah voltmeter terpasang dengan benar maka hasil pengukuran harus memperhatikan bagaimana menuliskan hasil pengukuran yang benar
Tegangan yang terukur (V) adalah:

Contoh Soal:
Jika angka yang ditunjuk jarum = 2, dan kabel merah pada angka 2 V maka hasil pengukuran adalah