Teks tersebut membahas tentang potensial listrik dan kapasitor. Secara singkat, teks tersebut menjelaskan konsep energi potensial listrik dan hubungannya dengan medan listrik serta potensial listrik. Selanjutnya, teks tersebut menjelaskan komponen elektronika kapasitor, kapasitasnya, dan berbagai jenis kapasitor seperti kapasitor keping sejajar, bola, dan tabung.

1. POTENSIAL LISTRIK DAN KAPASITOR
FISIKA DASAR II
NAMA : NATALIA DEVITA . ABRAHAM
NIM : 14528052
KELAS : GEOTHERMAL II B
UNIVERSITAS NEGERI MANADO
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN FISIKA GEOTHERMAL
2015

2. POTENSIAL LISTRIK DAN KAPASITOR
A. Energi Potensial
1. Pengertian Energi Potensial
Energi potensial dari sebuah sistem adalah energi yang dihubungkan dengan konfigurasi ruang dari
komponen-komponennya dan interaksi mereka satu sama lain. Jumlah partikel yang mengeluarkan gaya
satu sama lain secara otomatis membentuk sebuah sistem dengan energi potensial. Gaya-gaya tersebut,
contohnya, dapat timbul dari interaksi elektro statik (lihathukum Coulomb), atau gravitasi.
2. SI dan satuan berhubungan
Satuan SI untuk energi dan kerja adalah joule (J), dinamakan untuk menghormati James Prescott Joule
dan percobaannya dalam persamaan mekanik panas. Dalam istilah yang lebih mendasar 1 joule sama
dengan 1 newton/meter dan, dalam istilah satuan dasar SI, 1 J = 1 kg m2 s−2
3. Konsep Energi Potensial
Konsep energi sangat berguna dalam mekanika. Hukum kekekalan energi memungkinkan kita
memecahkan persoalan-persoalan tanpa perlu mengetahui gaya secara rinci. Sebagai contoh gaya
gravitasi menarik suatu benda menuju kepermukaan bumi. Baik gaya gravitasi maupun kuat medan
gravitasi (percepatan gravitasi = g) berarah vertikal ke bawah.
Jika mengangkat sebuah benda melawan gaya gravitasi bumi, itu berarti kita melakukan usaha pada
benda, dan sebagai akibatnya energi potensial gravitasi benda bertambah ( gambar 1). Konsep energi
juga berguna dalam listrik. Gaya listrik F yang dikerjakan pada suatu muatan Uji positif q’ oleh suatu
muatan negatif adalah mengarah kemuatan negatif. Vektor kuat medan listrik E= F/q’, juga mengarah
kemuatan negatif. Untuk menggerakkan muatan uji menjauhi muatan negatif, kita harus melakukan
usaha pada muatan uji. Sebagai akibatnya energi potensial listrik muatan uji bertambah (gambar 2).
Konsep energi potensial listrik, mirip dengan konsep energi potensial garavitasi. Untuk itu kita akan
menurunkan rumus Energi Potensial Listrik sebagai berikut :

3. Gambar 3. Konsep energi potensial listrik
Usaha yang dilakukan gaya (Fw), untuk memindahkan muatan penguji +q’, dari titik P ke Titik Q adalah
W = -Fw . S = -Fw.Δr = -F.(r2-r1) W adalah besaran skalar, gaya F diberi tanda (-) negative karena gaya
Coulomb berlawanan arah dengan arah perpindahan Fw = Fq = gaya Coulomb.
W = -k.Q q’/r1 2 x (r2-r1) = – kQ.q’/r1.r2 (r2-r1)
W = -k Q.q’(1/r1 – 1/r2)= k Q.q’(1/r2-1/r1)
W = k Q.q’(1/r2-1/r1) = Δ EP = EP2 – EP1
Jadi usaha yang dilakukan W= pertambahan energi potensial.
Kesimpulannya, Energi Potensial Listrik adalah usaha yang dilakukan gaya Coulomb, untuk
memindahkan muatan uji +q’ dari suatu titik ketitik lainnya. Jika titik Q, berada di jauh tak terhingga,
sehingga r2 = ˜ dan 1/r2 = 0 maka Energi Potensial Listrik dapat dirumuskan sebagai berikut: Energi
Potensial Listrik dari dua muatan Q dan q’ adalah :
Ep = k Q.q’/r,
EP termasuk besaran scalar
E = Energi Potensial Listrik satuannya Joule
k = Konstanta = 9.109 N C-2 m2, r = jarak (m)
Q + muatan sumber, q’= muatan uji (Coulomb)

4. Contoh Soal
. Sebuah proton (muatan proton = +e = +1,6×10-19C) digerakkan menuju sebuah inti atom yang
bermuatan q. Jarak pisah awal kedua partikel tersebut 2,5×10-11m dan jarak pisah akhirnya 2,0×10-
11m. Apabila usaha yang diperlukan dalam proses terebut 1,44×10-17J, tentukan muatan inti atom
tersebut!
Penyelesaian :
W12= kqoq
1,44×10-17J =(9×109 Nm2C-2)(1,6×10-19C)(q)
q = 10-18 coulomb.
B. Potensial Listrik
Suatu muatan uji hanya dapat berpindah dari satu posisi ke posisi lain yang memiliki perbedaan
potensial listrik sebagaimana benda jatuh dari tempat yang memiliki perbedaan ketinggian. Besaran
yang menyatakan perbedaan potensial listrik adalah beda potensial. Beda potensial dari sebuah muatan
uji q’ yang dipindahkan ke jarak tak berhingga dengan usaha W adalah
Dimana V adalah potensial listrik dengan satuan volt (V). Beda potensial dari suatu muatan listrik di
suatu titik di sekitar muatan tersebut dinyatakan sebagai potensial mutlak atau biasa disebut potensial
listrik saja. Potensial listrik dari suatu muatan listrik q di suatu titik berjarak r dari muatan tersebut dapat
dinyatakan sebagai berikut
Dari persamaan di atas tampak bahwa potensial listrik dapat dinyatakan dalam bentuk kuat medan
listrik, yaitu
V = E r
Berbeda dengan gaya listrik dan kuat medan listrik, potensial listrik merupakan besaran skalar yang tidak
memiliki arah. Potensial listrik yang ditimbulkan oleh beberapa muatan sumber dihitung menggunakan
penjumlahan aljabar. Untuk n muatan, potensial listriknya dituliskan sebagai berikut.
Catatan: tanda (+) dan (–) dari muatan perlu diperhitungkan dalam perhitungan potensial listrik.

5. Contoh Soal.
Dua muatan titik positif sama besarnya + 5 nC pada sumbu-x. Satu di pusat dan yang lain pada x = 8 cm
seperti ditunjukkan pada gambar. Tentukan potensial di
a. Titik P1 pada sumbu x di x=4 cm
b. Titik P2 pada sumbu y di y = 6 cm.
Titik P1 pada sumbu x di x=4 cm
Titik P2 pada sumbu y di y = 6 cm.
C. HUBUNGAN POTENSIAL DENGAN MEDAN LISTRIK
1. Konduktor Dua Keping Sejajar
Konduktor dua keping sejajar adalah dua keeping logam sejajar yang dihubungkan
dengan sebuah baterai sehingga kedua keeping mandapat muatan yang sama tapi berlawanan
tanda. Bentuk keeping sejajar seperti ini disebut kapasitor.
Di antara dua keping akan dihasilkan medan listrik yang serba sama dengan arah dari keping positif
ke keping negatif. Medan listrik yang serba sama seperti ini disebut medan listrik homogen.
Pada muatan positif q bekerja gaya listrik F = q E yang arahnya kekanan. Untuk
memindahkan muatan positif q dari A ke B (ke kiri) kita harus melakukan gaya F’ yang melawan
gaya F, tetapi besar F’ sama dengan besar F (F’ = F).
Usaha luar yang dilakukan untuk memindahkan muatan q dari A ke B adalah:
W A B = q E d
W A B = q ∆ V A B

6. Contoh Soal.
Gambar dibawah ini menunjukkan konduktor dua keping sejajar yang dimuati oleh baterai 240 V. kedua
kepping berada dalam vakum.
a. Tentukan besar dan arah kuat medan listtrik di antara kedua keeping tersebut.
b. Tentukan beda potensial antara titik C yang berjarak 2 m dari B dengan titik B.
Jawab :
Beda potensial baterai ∆VBA = 240 volt; jarak keping AB, d = 4 cm = 4x10-2 m.
a. Keeping A bertanda + karena dihubungkan dengan kutub + baterai. Keeping B bertanda – karena
dihubungkan dengan kutub- baterai. Dengan demikian, arah kuat medan listrik dalam ruang antar
keping adalah dari keeping A menuju ke keeping B (ke arah kanan). Besar kuat medan E anta rkeping
adalah homogen dan dihitung dengan persamaan,
E = ∆VAB / d = 240 / 4x10-2 <=> E = 6000 V/m
b. Beda potensial antara titik C dan B, ∆VBC, dihitung dengan persamaan,
∆VBC = E . r dengan r = 2 cm = 2x10-2 m
= (6000)(2 x 10-2) = 120 volt
2. Konduktor Bola Bermuatan
Potensial listrik disekitar atau di dalam bola konduktor bermuatan dapat ditentukan dengan cara
menganggap muatan bola berada di pusat bola. Selanjutnya, potensial listrik di titik-titik pada suatu bola
bermuatan, seperti diperlihatkan pada gambar di bawah dapat ditentukan melalui persamaan potensial
listrik, yaitu :
Gambar 4. Potensial listrik pada bola konduktor bermuatan

7. VA = k . q / R ; VB = k . q / R ; VC = k . q / r
Dari persamaan-persamaan di atas dapat menimbulkan bahwa potensial listrik di dalam bola sama
dengan dipermukaan bola, sehingga:
VA = VB k . q / R untuk r ≤ R VC = k . q / r untuk r > R
D. Kapasitor
Pengertian Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk menyimpan muatan dan energi listrik.
Pada prinsipnya, kapasitor terdiri dari dua konduktor yang berdekatan namun terpisah satu sama lain,
yang membawa muatan yang sama besar namun berlawanan jenis. Kedua konduktor tersebut
dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator) yang disebut bahan (zat) dielektrik. Zat dielektrik yang
digunakan sebagai menyekat akan membedakan jenis kapasitor, seperti kertas, mika, plastik, pasta dan
lain sebagainya.
Sifat-sifat dari kapasitor, yaitu :
 Dapat menyimpan dan mengosongkan muatan listrik.
 Tidak dapat mengalirkanarussearah.
 Dapat mengalirkan arus bolak-balik
 Untuk arus bolak-balik berfrekuensi rendah.
 Kapasitor dapat menghambat arus.
Menurut pemasangannya dalam rangkaian listrik, kapasitor dibedakan menjadi kapasitor berpolar yang
mempunyai kutub positif dan negatif. dan juga kapasitor nonpolar, yang tidak mempunyai kutub, bila
dipasang pada rangkaian arus bolak-balik (AC).
Beberapa kegunaan kapasitor, antara lain sebagi berikut :
a. Menyimpan muatan listrik,
b. Memilih gelombang radio (tuning)
c. Sebagai perata arus pada rectifier,
d. Sebagai komponen rangkaian starter kendaraan bermotor,
e. Memadamkan bunga api pada sistem pengapian mobil,
f. Sebagai filter dalam catu daya (power supply).

8. Gambar 5. Simbol kapasitor
2. Kapasitas Kapasitor
Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan
elektron untuk level tegangan tertentu. Dengan rumus dapat ditulis :
Q = C.V
Jadi kapasitas kapasitor untuk ruang hampa adalah :
Q = muatanelektrondalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farads)
V = besar tegangan dalam V (volt)
Dari rumus tersebut dapat diturunkan rumus kapasitansi kapasitor, yaitu :
C = Q/V
Contoh soal.
Jika muatan dan kapsitas kapasitor diketahui berturut-turut sebesar 5µC dan 20µF, tentukan beda
potensial kapasitor tersebut!
Dik. :Q = 5µC = 5x10-6 C
C = 20µF = 5x10-5 F
Dit. : V = ...?
Jawab :

9. C = Q / V
V = Q / C = 5x10-6 / 5x10-6 = 5x10-1 / 2 = 0,25 volt
3. Kapasitor Keping Sejajar
Kapasitor keeping sejajar adalah kapasitor yang terdiri dari dua keeping konduktor yang dipisahkan oleh
bahan dielektrik.
Bila luas masing-masing keping A maka :
Tegangan antara kedua keping :
Jadi kapasitas kapasitor untuk ruang hampa adalah :
C = Kapasitas kapasitor (F)
ε0 =Permitivitas vakum (8,85x10‐12 C2N‐1m2 )
A = Luaspenampangmasing‐masingkeping (m2)
d = Jarak antar keping (m)

10. Bila di dalamnya di isi bahan lain yang mempunyai konstanta dielektrik K, maka kapasitasnya menjadi :
Hubungan C0dan C adalah :
Kapasitas kapasitor akan berubah harganya bila :K , A dan d diubah.
Dalam hal ini C tidak tergantung Q dan V, hanya merupakan perbandingan-perbandingan yang tetap
saja. Artinya meskipun harga Q diubah, harga C tetap.
Contoh soal.
4. Kapasitor Bola Konduktor
Kapasitor bola adalah kapasitor yang berbentuk bolaberongga dengan jari‐jari tertentu.Perhitungan
kapasitansi :
a. Beda potensial pada bola
V = K b.
b. Kapasitas kapasitor bola
C = = 4p ε0R

11. Kapasitas kapasitor bola tidak tergantung padamuatan dan beda potensial kapasitor.
c. Kapasitor Tabung
Kapasitor tabung atau silnder terdiri dari dua silinder konduktor berbeda jari-jari yang mengapit bahan
dielektrik diantaranya.
Gambar 6. Kapasitor silinder
Karena beda potensial diantara silinder adalah :
Dengan demikian :
Contoh soa
Satu kabel koaksial terdiri dari kabel berjari-jari 0,5 mm dan lapisan konduktor terluar dengan jari-jari
1,5 mm. Tentukan kapasitansi persatuan panjang.
Penyelesaian :
Rangkaian Kapasitor
a. Rangkaian Seri Kapasitor

12. Kapasitor yang dihubungkanseriakanmempunyai muatan yang sama.
Gambar 7. Rangkaian seri kapasitor
b. Rangakian Paralel Kapasitor
Kapasitor yang dihubungkan paralel, tegangan antara ujung-ujung kapasitor adalah sama, sebesar V
Gambar 8. Rangkaian paralel kapasitor