Skip to content Skip to sidebar Skip to footer

Energi Potensial Listrik , Hukum Kekekalan Energi Listrik dan Kapasitor

 

Energi Potensial Listrik - Usaha -  Hukum Kekekalan Energi Listrik dan Kapasitor

 mulai tugas 12

Energi Potensial Listrik ( EP)

Energi Potensial Listrik merupakan besaran skalar

Rumus :


Usaha ( W ) yang dilakukan untuk memindahkan muatan uji dari titik 1 ke titik 2 adalah :

W = ΔEP

W = EP2 – EP1










Hubungan Usaha ( W ) dan beda potensial listrik ( ΔV )











Keterangan :

W = usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan uji dari titik 1 ke titik 2 (J)

V1 =potensial listrik titik 1 ( volt )

V2 =potensial listrik titik 2 ( volt )

ΔV = beda potensial listrik ( volt )

q1 = q =muatan sumber ( C )

q2 = q =muatan uji ( muatan yang dapat dipindahkan )( C )

r1= jarak awal q ke q (m)

r2= jarak akhir q ke q (m)

EP = energi potensial ( Joule )

 Contoh soal :

1. Berapa usaha yang diperlukan guna memindahkan muatan listrik 200 μC dalam medan listrik homogen yang mempunyai beda potensial sebesar 6000 volt



2. sebuah proton ( q= + 1,6 . 10-19 C ) digerakkan menuju inti atom yang bermuatan q.  jarak pisah awal antara  q dan q   3 . 10-11 meter dan jarak pisah akhir 2,5 . 10-11 meter, jika selama proses pemindahan muatan memerlukan usaha sebesar 2,88 . 10-17 J. berapakah besar muatan inti atom ?




3. Sebuah segitiga siku-siku di titik A seperti terlihat pada gambar di bawah. Sebuah muatan q= - 10-11 C akan dipindahkan dari titik C ke titik D yang terletak pada pertengahan AB. Jika qA=        +10-11 C dan qB=      -10-11, tentukan :

     a. Potensial listrik dititik C oleh qA dan qB ( VC )

     b. Potensial listrik dititik D oleh qA dan qB ( VD )

     c. Usaha yang diperlukan untuk memindahkan dari titik C ke titik D ( W )























Hukum Kekekalan Energi Mekanik dalam medan listrik

Hukum ini berlaku bila tidak terjadi gaya luar ( exp : gaya gesekan ) pada partikel bermuatan listrik.

Rumus :

                                    EM1      =     EM2

        EP1 + EK1 = EP2 + EK2

qV1 + ½ mv12  =  qV2 + ½ mv22 

      q(V1 - V2 )  = ½ m(v22 – v12)

       -q( ΔV ) = ½ m(v22 – v12)

Keterangan :

q = muatan listrik ( C )

m = massa muatan listrik ( kg )

V1 = potensial listrik mula-mula ( volt )

V2 = potensial listrik akhir ( volt )

v1 = kecepatan muatan listrik mula-mula ( m/s )

v2 = kecepatan muatan listrik akhir ( m/s )

 ΔV = V2 – V1

ΔV= beda potensial ( volt )

Contoh Soal :

1. Di dalam tabung diode , sebuah electron keluar dari tabung katoda menuju tabung anoda tanpa kecepatan awal. Kemudian electron dipercepat oleh anoda yang potensialnya 5000 Volt terhadap katoda. Berapa laju ( kecepatan ) electron saat tiba di anoda jika massa electron 9. 10-31 kg dan muatan electron = - 1,6 . 10-19 C

 












2. Terdapat dua pelat logam yang besar dan terhubung baterai sebesar 100 Volt. Kedua pelat tersebut berada dalam ruang vakum. Tentukan :

a. besar kuat medan listrik kedua pelat

b. gaya yang dialami elektron yang terletak diantara kedua pelat

 ( q =  - 1,6 . 10-19 C )

c. jika sebuah electron dari pelat B ke  A tanpa kecepatan awal , tentukan laju electron sesaat sebelum menumbuk pelat A ( massa electron = 9. 10-31 kg )





batas tugas 12
mulai tugas 13

KAPASITOR

Kapasitor merupakan alat yang digunakan untuk menyimpan muatan atau energi listrik

Susunan kapasitor :

1. Tersusun dari dua pelat konduktor yang dipisahkan atau disekat oleh dilektrik (isolator)

2. untuk menghasilkan arus sesaat yang besar pada blitz kamera

3. untuk mengurangi fluktuasi pada keluaran catu daya

4. Untuk menghilangkan bunga apipada system pengapian kendaraan bermotor

Beberapa jenis Kapasitor :

1. Kapasitor kertas

     Terdiri dari dua pelat timah yang disekat oleh kertas dan kemudian digulung sehingga berbentu silinder.

     Fungsi : kertas sebagai dielektrik untuk menyimpan muatan

2. Kapasitor elektrolit

     Kapasitor ini terdiri dari pelat aluminium dan aluminium oksida yang dipisahkan oleh kertas yang direndam dalam larutan aluminium berat. Pelat digulung membentu silinder

     Menurut polaritasnya ada dua jenis :

     a. kapasitor elektrolit polar: memerlukan perhatian dalam pemasangan

b. kapasitor non polar : tidak memiliki polaritas sehingga pemasangan lebih mudah

 

3. Kapasitor variable

     Kapasitor ini terdiri dari dua tumpukan pelat konduktor yang dipisahkan oleh udara. Kumpulan pelat yang satu dapat diputar terhadap kumpulan pelat yang lain dan hal ini dapat menyebabkan kapasitas dari kapasitor berubah. Fungsi dari kapasitor ini salah satunya adalah untuk memilih frekuensi gelombang pada pesawat radio penerima.


Kapasitas kapasitor ( C )

Rumus :

q = C.V                 atau           C = q / V



Keterangan :

q = muatan yang tersimpan di kapasitor ( C )

C = kapasitas kapasitor ( farad atau F )

V = potensial listrik ( V )

r = d = jarak antar pelat ( m )

E = kuat medan listrik ( N/C )

Contoh soal :

1. Sebuah kapasitor di muati baterai 6 volt sehingga bermuatan 0,36 μC, tentukan :

a. Kapasitas kapasitor ( C )

b. muatan yang tersimpan kapasitor tersebut jika dimuati baterai 18 volt




kapasitas ( C ) pelat sejajar








Kapasitor dielektrik

C = k. C

εr = k. εo

Keterangan :

C = kapasitas kapasitor  ketika disisipi udara ( F )

C= kapasitas kapasitor yang menggunakan dielektrik bahan tertentu  ( F )

ε= permitivitas ruang hampa / vakum

    = 8,85 . 10-12 C2/ Nm2

εr = permitivitas relatif bahan ( C2/ Nm2 )

A = luas setiap pelat ( m2 )

d = jarak pisah kedua pelat ( m )

k = konstanta dielektrik

k = 1 ( udara )

1.Sebuah kapasitor pelat sejajar yang terpisah sejauh 0,5 cm satu sama lain. Luas setiap pelat 500 cm2 beda potensial 4 kV jika antara pelat berisi udara dan 2 kV jika diantara pelat disisipkan bahan dielektrik.

Tentukan :

a. Kapasitas mula-mula ( C )

b. muatan pada setiap pelat ( q )

c. Kapasitas setelah penyisipan bahan dielektrik ( C )

d. Konstanta dielektrik bahan ( k )

e. permitivitas bahan dielektrik ( εr )

f Kuat medan listrik mula-mula diantara kedua pelat ( E )

g. Kuat medan listrik setelah penyisipan bahan dielektrik ( E’ )

Jawab :

































2. Terdapat dua kapasitor berbeda. Lihat gambar di bawah. Jika luas kapasitor A1 = ¼ A2 dan d2 = 5 d1. maka perbandingan kapasitas kapasitor antara gambar ( 2 ) dan gambar ( 1 ) adalah…





Jawab :


SUSUNAN KAPASITOR

Susunan kapasitor seri :






qtot = q1 = q2 = q3 = q5 = ………

Vtot = V1 + V2 + V3 + V4 + ….



 



Perlu diingat perbedaan berikut :

Listrik dinamis

Kapasitor

Paralel i1:i1 = 1/R1 : 1/R2

Parallel q1 : q2 = C1 : C2

Seri      V1 : V2 = R1 : R2

Seri      V1 : V2 = 1/C1 : 1/C2

 

Susunan kapasitor paralel :










qtot = q1 + q2 + q3 + q5 + ………

Vtot = V1 = V2 = V3 = V4 = ….

Cparalel = C1 + C2 + C1 +…..

Perbandingan muatan parallel :

q1 : q2 : q3 = C1 : C2 : C1

Keterangan :

qtot = muatan total ( C )

Vtot = tegangan total ( Volt )

Rumus :

q = C. V

Contoh Soal :

1. perhatikan gambar di bawah ini. Jika C1= 5 μF, C2= 2 μF dan C3= 10 μF,

Tentukan :

a. Ctot ( kapasitor total )

b. qtot (muatan total ), q1 , q,  q3

c. V1, V2, V3








Jawab :



2. Perhatikan gambar di bawah ini. Jika C1= 3 μF, C2= 5 μF dan C3= 2 μF,

Tentukan :

a. Ctot ( kapasitor total )

b. qtot (muatan total ), q1 , q,  q3

c. V1, V2, V3












Jawab :













3. Perhatikan gambar di bawah ini. Jika C1= 8 μF, C2= 2 μF dan C3= 6 μF, C4= 3 μF, C5= 12 μF dan C6= 6 μF,

Tentukan :

a. Ctot ( kapasitor total )

b. qtot (muatan total ), q1 , q,  q3,  q4 , q,  q6

c. V1, V2, V3, V4, V5, V6

 


Jawab :



Kapasitor Gabungan


Kapasitor dapat digabung melalui cara :

1. di sentuh

 


 

 

 


2. dihubungkan dengan kawat halus








hubungan kedua kapasitor menjadi :







Jumlah muatan sebelum digabung = jumlah muatan setelah digabung

Σqsebelum = Σqsesudah

q1 + q2 = q1 + q2

C1 .V1 + C2 .V2 = C1 Vgab + C2 .Vgab






Keterangan :

Vgab = tegangan gabungan ( volt )

q1= muatan 1 sebelum digabung ( C )

q2= muatan 2 sebelum digabung ( C )

q1= muatan 1 setelah  digabung ( C )

q2= muatan 2 setelah  digabung ( C )

 

q1 = C1 .V1

q2 = C2 .V2

q1 = C1 .Vgab

q2 = C2 .Vgab

Contoh Soal :

1. suatu kapasitor dengan kapasitas 4 μF diisi hingga tegangannya mencapai 20 volt, kapasitor dilepas. Kapasitor tersebut kemudian ujung-ujungnya dihubungkan dengan kapasitor lain yang kapasitasnya 6 μF. Hitung tegangannya setelah dua kapasitor tersebut bergabung


 

 

 

 

 

 

 

 Energi yang tersimpan dalam kapasitor :

Sebuah kapasitor yang kapasitasnya C, diberi beda potensial V sehingga tersimpan muatan sebesar q.

Rumus :

W = ½  ( CV2 )

Atau

W = ½ ( q V )

atau

 


 

 


1. Perhatikan gambar di bawah ini. Jika C1= 4 μF, C2= 2 μF dan C3= 4 μF, C4= 12 μF, C5= 6 μF  dan VAB = 30 Volt

Tentukan :

a. muatan masing-masing kapasitor

b. beda potensial masing-masing kapasitor

c. energi yang tersimpan pada kapasitor 2 ( C2 )





Jawab :





























2. Perhatikan gambar di bawah ini. Jika C1= 6 μF, C2= 3 μF dan C3= 2 μF, C4= 6 μF, C5= 4 μF dan C6= 4 μF dan VAC = 30 Volt

 Tentukan :

a. muatan masing-masing kapasitor

b. beda potensial VBC

c. energi yang tersimpan pada system 

 


 






Jawab :






















Post a Comment for "Energi Potensial Listrik , Hukum Kekekalan Energi Listrik dan Kapasitor"