Cara Kerja Kapasitor dan Teori Dasar
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Kapasitor juga biasa disebut sebagai kondensator. Kapasitor pada prinsipnya terbuat dari dua plat penghantar (konduktor) yang dipisahkan dengan penyekat atau dielektrika (isolator), bisa berupa kertas atau udara.
Kapasitor umumnya mempunyai dua kaki atau terminal, dan bagian utamanya berbentuk tabung, bulat, atau lainnya tergantung dari jenis dan bahan yang digunakan untuk membuatnya. Kapasitor memiliki fungsi sebagai penyimpan arus atau tegangan listrik, sebagai Konduktor yang dapat melewatkan arus AC, dan sebagai Isolator yang menghambat arus DC.
Apa itu Kapasitansi?
Kapasitansi adalah kemampuan suatu komponen atau rangkaian untuk mengumpulkan dan menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik. Komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik di antaranya adalah kapasitor dan baterai. Perbedaanya jika kapasitor mengeluarkan energi dengan cepat, tetapi jika baterai secara bertahap.
Hubungan Muatan dan Kapasitansi Kapasitor
Kapasitor digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Semakin banyak tegangan yang diberikan ke kapasitor, semakin banyak muatan yang dipaksa masuk ke dalam kapasitor. Juga, semakin banyak kapasitansi yang dimiliki kapasitor, semakin banyak muatan yang dipaksa masuk oleh tegangan yang diberikan.
Hubungan ini dijelaskan dengan rumus q=CV, di mana q adalah muatan yang tersimpan, C adalah kapasitansi, dan V adalah tegangan yang diterapkan.
Pada gambar di atas Anda dapat mengamati hubungan antara muatan listrik, kapasitansi, tegangan, dan arus. Perhatikan pada rumus kapasitansi C = Q / V yang mana artinya 1 F = 1 C / 1 V.
Jadi, misalkan ada sebuah kapasitor yang nilai kapasitansinya 10 F, maka ketika diberi tegangan 1 V, muatan yang dapat disimpan kapasitor adalah 10 C. Kemudian, bagaimana jika tegangannya di tingkatkan, misalnya menjadi 2 V, maka kapasitor dapat menyimpan muatan 20 C.
Contoh lainnya misalya ada kapasitor 4 F, ketika diberi tegangan 1 V, maka muatan yang dapat disimpan adalah 4 C. Sementara itu, jika tegangannya dinaikkan misalnya menjadi 2 V, maka muatan yang dapat disimpan kapasitor sebesar 8 C.
Kesimpulannya adalah kapasitansi pada dasarnya merupakan efisiensi pengisian daya, yaitu seberapa banyak muatan yang dapat disimpan per Volt, ketika tegangan ditingkatkan maka muatan yang dapat disimpan juga meningkat.
Namun, Anda dapat menganalisa bahwa kapasitor 10 F lebih efisien daripada kapasitor 4 F. Ini karena kapasitor 10 F dapat menampung 10 C hanya dengan 1 V saja, sedangkan kapasitor 4 F hanya dapat menampung 4 C saja per 1 V. Jadi, semakin besar kapasitansi kapasitor maka akan lebih efisien, karena dapat menampung lebih banyak muatan per Volt.
Sementara itu, Q = C × V di mana itu artinya ketika tegangan (V) ditingkatkan maka muatan (Q) juga akan meningkat. Namun, jika Anda meningkatkan tegangan, Kapasitansinya (C) tidak akan meningkat. Ini karena kapasitansi didasarkan pada konstruksi kapasitor, dan tidak ada pengaruhnya dengan tegangan. Dengan kata lain, kapasitansi itu sifatnya konstan atau tetap.
Kapasitansi Kapasitor
Mengenai kapasitansi pada sebuah kapasitor, pada umumnya sangat jarang mungkin Anda menemui kapasitor yang memiliki kapasitansi hingga 1 F, karena memang itu terbilang ukuran yang sangat besar dan hanya tersedia di superkapasitor. Kapasitor yang lebih umum digunakan adalah sebagai berikut:
- 1 µF = 1 × 10‾⁶ F
- 1 nF = 1 × 10‾⁹ F
- 1 pF = 1 × 10‾¹² F
Energi Potensial Listrik
Energi potensial listrik adalah energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan terhadap medan listrik. Diperlukan lebih banyak energi untuk memindahkan muatan lebih jauh dalam medan listrik, dan juga lebih banyak energi untuk memindahkannya melalui medan listrik yang lebih kuat. Berikut adalah beberapa persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung energi potensial listrik.
Baca Juga: Teori Dasar Transistor NPN & PNP
Konstruksi Kapasitor
Bentuk kapasitor yang paling sederhana adalah kapasitor plat sejajar, dan konstruksinya dapat dilakukan dengan dua plat logam yang ditempatkan sejajar satu sama lain pada jarak tertentu. Kapasitansi kapasitor bergantung pada luas permukaan masing-masing plat, jarak antara dua plat, dan permitivitas bahan di antara kedua plat.
Persamaan umum untuk kapasitansi kapasitor plat paralel, yaitu C = εA/d di mana ε mewakili permitivitas absolut dari bahan dielektrik yang digunakan. Konstanta dielektrik εo juga dikenal sebagai permitivitas ruang hampa yang memiliki nilai konstanta 8,854 x 10‾¹² Farad per meter.
Contoh soal:
Sebuah kapasitor dibangun dari dua plat logam konduktif berukuran 30 cm x 50 cm yang berjarak 6 mm satu sama lain, dan menggunakan udara kering sebagai satu-satunya bahan dielektriknya. Hitunglah kapasitansi kapasitor.
Hasilnya nilai kapasitansi kapasitor yang terdiri dari dua plat yang dipisahkan oleh udara adalah 0,221 nF atau 221 pF. Dalam hal ini, ketika A dibuat lebih luas maka C akan lebih besar karena plat dapat menampung lebih banyak muatan. Namun, ketika jarak atau d ditingkatkan maka C akan lebih kecil.
Cara Kerja Kapasitor
Kapasitor adalah komponen listrik pasif yang digunakan untuk menyimpan energi secara elektrostatik dalam medan listrik. Kapasitor bentuknya memang bervariasi, tetapi semuanya setidaknya memiliki dua konduktor (plat) listrik yang dipisahkan oleh dielektrik (isolator). Cara kerja kapasitor juga cukup sederhana, berikut adalah penjelasannya.
Rangkaian A
Pada rangkaian A kapasitor belum terhubung dengan sumber tegangan (baterai) sehingga kapasitor dalam keadaan 0 V, karena memang belum terisi muatan dari sumber tegangan. Dalam hal ini, kedua plat yang terdapat di dalam kapasitor memiliki jumlah elektron (e-) dan proton (p+) yang sama atau netral, misalnya setiap plat 1 dan 2 memiliki 1000 proton dan 1000 elektron (pada kenyataannya setiap plat mungkin memiliki jutaan proton dan elektron).
Rangkaian B
Pada rangkaian B kapasitor sudah terhubung dengan sumber tegangan. Sebelumnya Anda harus pahami dulu, bahwa proton tidak bergerak, dan elektron dapat bergerak bebas. Selain itu, pada saat dihubungkan dengan sumber tegangan, arus tidak mengalir melalui kapasitor, karena kedua plat kapasitor dipisahkan oleh isolator.
Ketika baterai terhubung dengan kapasitor, tegangan penuh pada baterai diterapkan di kapasitor. Membuat plat 1 berada dalam potensi positif terhadap plat 2. Arus dari baterai mencoba mengalir melalui kapasitor ini dari plat positif (plat 1) ke plat negatif (plat 2), tetapi tidak dapat mengalir karena terpisah dengan bahan isolator.
Medan listrik akan terbentuk di dalam isolator/dielektrik kapasitor dari plat positif ke plat negatif. Plat 1 akan bermuatan positif, akibat elektron dari plat 1 mengalir (berkurang) karena induksi muatan negatif (kelebihan elektron) di plat 2. Dengan kata lain, plat 2 yang kelebihan elektron akan menjadi bermuatan negatif.
Sebagai gambaran sederhananya, plat 1 bermuatan positif karena kekurangan elektron, di mana elektron 800 dan proton 1000. Sementara itu, pada plat 2 bermuatan negatif karena kelebihan elektron, di mana elektron 1200 dan proton 1000.
Rangkaian C
Pada rangkaian C sumber tegangan diganti dengan beban, dalam hal ini lampu LED. Di sini kapasitor melepaskan muatannya. Aliran elektron akan bergerak dari plat 2, ke lampu (sehingga menyala), dan ke plat 1. Aliran elektron akan berhenti jika muatan di kedua plat sama atau netral, yaitu plat 1 memiliki elektron 1000 proton 1000 dan pada plat 2 juga memiliki elektron 1000 proton 1000.
