Penjelasan mengenai Kapasitans dan dielektrik dan contoh soal Baca di : http://www.gardapengetahuan.xyz/

1. KAPASITANSI DAN DIELEKTRIK
A. Pengertian Kapasitor dan Kapasitansi
Kapasitor adalah komponen elektronika yang terdiri dari sepasang konduktor
yang dipisahkan oleh bahan isolator. Ketika kapasitor diberi muatan , maka pada
dua konduktor terdapat muatan yang sama banyak dan berbeda jenis, serta
beda potensial dari konduktor bermuatan positif terhadap konduktor yang
bermuatan negatif berbanding lurus dengan muatan Q.
Kapasitansi (C ) dapat didefinisikan:
Secara matematis, kapasitansi didefinisikan sebagai perbandingan besar muatan
di salah satu konduktor dengan besarnya beda potensial di antara kedua konduktor.
Persamaan untuk Kapasitans (C) dapat dituliskan:
Dimana:
C = nilai kapasitans (farad)
Q = muatan (coloumb)
V = beda potensial (volt)
B. Jenis Kapasitor
1. Kapasitor Keping Sejajar
 Kapasitor keping sejajar adalah kapasitor yang terdiri dari dua keping
konduktor yang dipisahkan oleh bahan dielektrik.
 Kedua keping kapasitor dihubungkan dengan baterai. Baterai akan
memberikan muatan +Q pada keping pertama dan –Q pada keping
kedua, sehingga dalam celah antara kedua keping akan timbul medan
listrik.
Ukuran kemampuan dari kapasitor untuk dapat menyimpan
muatan elektron untuk beda tegangan tertentu.

2. Kapasitor keping sejajar
Pada gambar di atas, kapasitor keping sejajar yang tersusun oleh dua pelat
penghantar yang memiliki luas A yang terpisah sejauh d. Untuk menghitung nilai
kapasitansi untuk kapasitor keping sejajar dapat dituliskan persamaan:
Dimana:
C = nilai kapasitansi (farad)
= permitivitas vakum (8,85 x 10-12
C2
N-1
m2
)
A = luas penampang masing-masing keping (m2
)
d = jarak antar keping (m)
Pada persamaan di atas, nampak bahwa kapasitansi C hanya bergantung pada
luas permukaan A dan jarak keping d.
Untuk menentukan medan listrik pada kapasitor keping sejajar, kita dakapt
menggunakan prinsip superposisi medan listrik dan hukum Gauss. Di mana persamaan
pada medan listrik untuk kapasitor keping sejajar dituliskan:
=
dimana:
Q = muatan ( coloumb)
= permitivitas vakum (8,85 x 10-12
C2
N-1
m2
)
A = luas penampang masing-masing keping (m2
)

3. CONTOH SOAL 1
Sebuah kapasitor keeping sejajar mempunyai kapasitansi sebesar 1,0 F. Jika pelat-
pelat tersebut terpisah 1,0 mm, hitunglah luas pelat-pelat tersebut!
Penyelesaian:
Untuk soal di atas, dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan:
; atau
A
Dengan mensubtitusi nilai kapasitansi C , permitivitas vakum , dan jarak d, maka
diperoleh luas pelat (A) sebesar 1,1 x 10 8
m2
.
CONTOH SOAL 2
Pelat pada kapasitor keping sejajar dalam ruang hampa terpisah sejauh 5 mm dan
luasnya 2 m2
dengan beda potensial sebesar 10 kV diaplikasikan sepanjang kapasitor
tersebut. Hitunglah: (a) nilai kapasitansi; (b) muatan pada setiap pelat ; dan (c) medan
listrik dalam ruang di antara pelat tersebut.
2. Kapasitor Bola
kapasitor bola berongga
Kapasitor bola adalah kapasitor yang
berbentuk bola berongga dengan jari-
jari tertentu.

4.  Untuk menghitung nilai kapasitansi untuk kapasitor berbentuk bola berongga,
dapat dituliskan:
R
Sehingga, untuk kapasitor bola berongga, nilai kapasitansinya dapat ditulis:
R
Dimana:
C = nilai kapasitansi (farad)
R = jari jari (m)
= permitivitas vakum (8,85 x 10-12
C2
N-1
m2
)
 Kapasitansi pada kapasitor bola berongga tidak bergantung pada muatan dan
beda potensial kapasitor.
CONTOH SOAL
Kapasitor bola berongga memiliki jari-jari sebesar 1,8 cm. Jika 1/4πεo = 9 x 109
dalam satuan internasional, tentukan kapasitansi kapasitornya!
Penyelesaian
Dengan menggunakan persamaan R, maka diperoleh nilai kapasitansi
kapasitor untuk bola berongga adalah 2 x 10-12
F = 2 pF.
C. Susunan Kapasitor
1. Susunan Seri
 Muatan masing-masing kapasitor
sama.
 Beda potensial masing-masing
tegangan berbeda.

5. 𝐶 𝐸𝐾 𝐶1 + 𝐶2 + ⋯ + 𝐶 𝑛
Untuk menentukan nilai kapasitansi kapasitor dengan susunan seri dapat
dituliskan:
1
=
1
+
1
+ ⋯ +
1
2. Susunan Paralel
CONTOH SOAL
Tiga kapasitor yang masing-masing kapasitansinya 3 F, 6 F, dan 9 F dihubungkan seri.
Kedua ujung dari gabungan tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan yang
besarnya 220 V. Tegangan antara ujung-ujung kapasitor yang 3 F adalah....
Penyelesaian
Berdasarkan soal di atas, gambar rangkaian ditunjukkan pada gambar berikut.
 Muatan masing-masing kapasitor
berbeda.
 Beda potensial masing-masing
kapasitor sama.
Untuk menghitung nilai kapasitansi kapasitor
yang disusun secara parallel dapat dituliskan:

6.  Tentukan nilai kapasitansi gabungan ketiga kapasitor terlebih dahulu.
diperoleh nilai kapasitansi gabungan sebesar
1
11
farad.
 Tentukan muatan gabungan dengan persamaan:
Qgab = Cgab Vgab
maka diperoleh nilai muatan gabungan sebesar Qgab = 360 Coulomb
 Pada suatu rangkaian kapasitor seri seperti gambar di atas, berlaku Q1 = Q2 = Q3
= Qgab, sehingga nilai Q1 = 360 Coulomb.
 Selanjutnya tentukan nilai tegangan pada C1 dengan persamaan:
V1 = Q1 / C1
maka diperoleh nilai tegangan V1 sebesar 120 volt.
D. Bahan Dielektrik
 Bahan dielektrik adalah bahan isolator yang disisipkan dalam ruang
antara keping-keping sebuah kapasitor. Contoh bahan dielektrik adalah
kaca, karet, kertas, dan udara.
 Bahan dielektrik pada suatu kapasitor menghambat aliran arus antar
pelatnya.
 Keuntungan pemasangan dielektrik adalah peningkatan kapasitansi
kapasitor. Besarnya kapasitansi kapasitor setelah penyisipan dielektrik
adalah:
Dimana:
C = nilai kapasitansi (farad)
= permitivitas bahan ( ) dengan satuan (C2
N-1
m2
)
A = luas penampang masing-masing keping (m2
)
d = jarak antar keping (m)
 Permitivitas relatif dielektrik tergantung pada jenis bahan. Permitivitas
dielektrik merupakan perbandingan antara kapasitansi kapasitor dengan
dielektrik dan dengan kapasitansi kapasitor dalam vakum.

7. Tabel permitivitas relatif beberapa jenis bahan
Bahan
Permitivitas relatif
( )
Bahan
Permitivitas relatif
( )
Udara 1,00059 Bakelit 4,9
Kertas 3,5 Kaca Pyrex 5,6
Air 80,10 Polystyrene 2,56
Nilon 3,4 Kuarsa Lebur 3,78
Teflon 2,1 Karet Neoprene 6,7
Dengan adanya suatu lembaran isolator (dielektrik) yang ditempatkan diantara kedua
pelat, kapasitansi akan meningkat dengan adanya faktor K (konstanta), yang
bergantung pada material didalam lembaran. K disebut sebagai konstanta dielektrik dari
material. Oleh karena itu C = κ ε0 A / d
Kita juga bisa mendefinisikan ε = κ ε0 dan menuliskan C = ε A / d.
ε disebut sebagai permitivitas dari material.
C = κ ε0 A / d
CONTOH SOAL
Kapasitor pelat sejajar mempunyai luas A = 250 cm2
. Kapasitor ini diberi muatan
dengan beda potensial Vo=150 volt. Kemudian baterai diputus (muatan Q pada plat
tidak berubah), lalu suatu lembaran dielektrik (K = 3,5). Tentukan medan listrik pada
dielektrik!
Untuk menyelesaikan soal di atas, gunakan persamaan

8. Setelah disisipi bahan elektrik, maka untuk menentukan besar medan listrik dapat
digunakan persamaan:
Maka diperoleh besar nilai E = 2,14 x 104
V/m.
LATIHAN
SELESAIKAN SOAL YANG TERDAPAT DI BUKU SERWAY JILID II
NO 4, 7, 11, 16, 21, 26, DAN 29
DIKUMPUL HARI INI