Kapasitor

Gambar 1.19 Lapisan layar sentuh

Sumber : Nanda Auliarahma/Kemendikburistek (2022) 

Layar sentuh kapasitif terbuat dari lapisan transparan yang merupakan konduktor pada bagian dalam dan luar serta isolator pada bagian tengahnya. Hal ini merupakan penerapan dari kapasitor keping sejajar. Kapasitor keping sejajar terdiri dari dua lapisan konduktor yang dipisahkan dengan bahan dielektrik berupa isolator, dapat dilihat pada Gambar 1.19. 

Gambar 1.20 Simbol Kapasitor

Sumber: Lia L. Sarah/Kemendikbudristek (2022)

Pada diagram rangkaian, sebuah kapasitor standar disimbolkan seperti Gambar 1.20. Saat kapasitor dihubungkan dengan sumber tegangan, terjadi proses pengisian muatan pada kapasitor sampai kapasitor memperoleh tegangan yang sama dengan tegangan sumber. Setelah sumber tegangan dilepaskan, kapasitor masih menyimpan energi listrik tersebut sehingga jika suatu saat dihubungkan dengan beban, kapasitor dapat mengalirkan muatannya. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan disebut dengan kapasitansi kapasitor. 

Kapasitansi kapasitor merupakan ukuran kapasitas kapasitor dalam menyimpan muatan. 

Sebuah kapasitor yang diberi beda potensial V akan menyimpan muatan Q, perbandingan Q terhadap V selalu konstan, nilai ini menyatakan kapasitansi kapasitornya, yaitu:

dengan C adalah kapasitansi kapasitor (farad), Q adalah besar muatan (coulomb), dan V yaitu tegangan (volt). 

Perlu diperhatikan bahwa nilai kapasitansi kapasitor tidak dipengaruhi oleh beda potensial sumber, namun dipengaruhi luas penampang keping A, jarak antar keping d dan konstanta bahan dielektrik k. Besar kapasitansi kapasitor dapat dinyatakan sebagai:

dengan ε yaitu adalah permitivitas bahan atau permitivitas medium yang sudah dibahas pada sub bab gaya listrik. 

Ukuran kapasitansi dalam farad merupakan nilai yang sangat besar. Coba cari luas permukaan keping yang diperlukan jika sebuah kapasitor keping sejajar ingin memiliki kapasitansi 1 farad, dengan bahan dielektrik udara ε0 = 8,85 x 10-12 F/m, dan jarak antar keping 1 meter. Kalian akan menemukan hampir seluruh luas permukaan pulau Jawa tertutup oleh keping kapasitor tersebut. Oleh karena ukuran kapasitansi secara umum kecil, kapasitansi kapasitor yang ada di pasaran dinyatakan dalam satuan mikro farad (μF), nano farad (nF) dan piko farad (pF). 

Kapasitor ketika sudah terisi muatan dengan tegangannya sama dengan tegangan sumber, dikatakan kapasitor menyimpan energi listrik. Energi yang tersimpan dalam kapasitor bergantung pada besar kapasitansi kapasitor dan tegangan sumber, 

dengan E adalah energi yang tersimpan (joule).

Gambar 1.21 Contoh Kapastor

Sumber: Eric Scharder/Wikimedia Commons (2011)

Produk-produk elektronik secara umum, untuk mendapatkan nilai kapasitansi sesuai dengan yang dibutuhkan, dibuat dengan merangkai beberapa kapasitor secara seri atau paralel. 

A. Rangkaian Seri 

Gambar 1. 23 Rangkaian Seri Kapasitor 

Sumber: Lia L. Sarah/Kemendikbudristek (2022) 

Gambar 1.23 menunjukkan tiga kapasitor dengan kapasitansi masing-masing C1, C2 dan C3 dihubungkan dengan sebuah tegangan V. Jika tegangan pada ujung-ujung kapasitor adalah V1, V2 dan V3, maka: 

Substitusikan persamaan Q = CV atau, V = Q/C  sehingga diperoleh: 

Sesuai prinsip rangkaian seri Q1 = Q2 = Q3 = Qtotal, maka:

Kapasitansi total untuk rangkaian seri sebesar:

B. Rangkaian Paralel

Gambar 1.24 menunjukkan tiga kapasitor C1, C2 dan C3 yang dirangkai paralel kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan V.

Berdasarkan hasil percobaan, setiap ujung-ujung kapasitor memiliki besar tegangan yang sama: 

Sesuai prinsip rangkaian seri, 

kemudian substitusi persamaan Q = CV, maka diperoleh: 

kapasitansi total untuk rangkaian paralel: