Kapasitansi: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
k bot Menambah: ta:தேக்கம் |
Fitur saranan suntingan: 2 pranala ditambahkan. |
||
| (58 revisi perantara oleh 36 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
[[
{{Infobox physical quantity
| name =
| width =
| background =
| image =
| caption =
| unit = [[farad]]
| otherunits =μF, nF, pF
| symbols = ''C''
| baseunits = F = A<sup>2</sup> s<sup>4</sup> kg<sup>−1</sup> m<sup>−2</sup>
| dimension = '''M'''<sup>−1</sup> '''L'''<sup>−2</sup> '''T'''<sup>4</sup> '''I'''<sup>2</sup>
| derivations = ''C'' = '''[[muatan listrik|muatan]]''' / '''[[Tegangan listrik|tegangan]]'''
}}
{{Elektromagnetisme|cTopic=Rangkaian}}
'''Kapasitansi''' atau kapasitans adalah ukuran jumlah [[muatan listrik]] yang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuah [[tegangan listrik|potensial listrik]] yang telah ditentukan. Bentuk paling umum dari peranti penyimpanan muatan adalah sebuah [[kapasitor]] dua lempeng/pelat/keping. Jika muatan di lempeng/pelat/keping adalah <math>+Q</math> dan <math>-Q</math>, dan <math>V</math> adalah tegangan listrik antar lempeng/pelat/keping, maka rumus kapasitans adalah:
::<math>C = \frac{Q}{V}</math>
dengan
:<math>C</math> adalah kapasitansi yang diukur dalam Farad
:<math>Q</math> adalah muatan yang diukur dalam coulomb
:<math>V</math> adalah voltase yang diukur dalam volt
Unit [[Sistem Internasional Satuan|SI]] dari kapasitansi adalah [[farad]]; 1 farad = 1 [[coulomb]] per [[volt]].
== Energi ==
[[Energi]] (diukur dalam satuan [[joule]]) yang disimpan dalam sebuah kapasitor sama dengan ''kerja'' yang telah dilakukan untuk mengisinya dengan muatan listrik. Anggap sebuah kapasitans sebagai
:<math> \mathrm{d}W = \frac{q}{C}\,\mathrm{d}q </math>
dengan
:
:<math>q</math> adalah muatan yang diukur dalam coulomb
:<math>C</math> adalah kapasitans yang diukur dalam farad
Energi yang tersimpan dalam sebuah kapasitas dapat diketahui dengan [[integral|mengintegralkan]] persamaan ini. Dimulai dengan sebuah kapasitans tak bermuatan (<math>q=0</math>) dan memindahkan muatan dari satu lempeng ke lempen yang lain sampai lempeng bermuatan <math>+Q</math> dan <math>-Q</math> membutuhkan kerja <math>W</math>:
:<math> W_{bermuatan} = \int_{0}^{Q} \frac{q}{C} \, \mathrm{d}q = \frac{1}{2}\frac{Q^2}{C} = \frac{1}{2}CV^2 = W_{disimpan}</math>
Baris 27 ⟶ 44:
:<math> W_{disimpan} = \frac{1}{2} C V^2 = \frac{1}{2} \epsilon \frac{A}{d} V^2</math> .
dengan
:
:<math>C</math> adalah kapasitans, diukur dalam farad
:<math>V</math> adalah voltase yang diukur dalam volt
== Kapasitans dan Arus Pergeseran ==
Fisikawan bernama [[James Clerk Maxwell]] menemukan konsep [[arus pergeseran]], <math>\frac{\partial \vec{D}}{\partial t}</math>, untuk membuat [[hukum Ampere]] konsisten dengan kekekalan muatan dalam kasus di mana muatan terakumulasi, contohnya di dalam sebuah kapasitor. Ia menginterpretasikan hal ini sebagai sebagai gerakan nyatanya muatan, bahkan dalam vakum, di mana Maxwell menduga bahwa gerakan nyatanya muatan berhubungan dengan gerakannya muatan [[dipol]] di dalam eter. Meski interpretasi ini telah ditinggalkan, koreksi dari Maxwell terhadap hukum Ampere tetap valid ([[medan listrik]] yang berubah menghasilkan [[medan magnet]]).
[[Persamaan Maxwell]] menggabungkan hukum Ampere dengan konsep arus pergeseran dirumuskan sebagai <math>\vec{\nabla} \times \vec{H} = \vec{J} + \frac{\partial \vec{D}}{\partial t}</math>. Dengan mengintegralkan kedua sisi, integral dari <math>\vec{\nabla}\times \vec{H}</math> dapat diganti dengan integral dari <math>\vec{H} \cdot \mathrm{d} \vec{l}</math> di sekeliling sebuah kontur tertutup, persamaan ini dapat mendemonstrasikan interkoneksi dengan formula Ampere.
== Koefisien potensial ==
Diskusi di atas hanya berlaku dalam kasus dua lempeng konduksi. Definisi <math>C=Q/V</math> masih berlaku bila hanya satu lempeng yang diberikan muatan listrik, dengan ketentuan bahwa garis-garis medan yang dihasilkan oleh muatan itu berakhir seakan-akan lempeng tadinya berada di pusat ruang lingkup bermuatan sebaliknya pada ketakterhinggaan.
Persamaan <math>C=Q/V</math> tidak berlaku saat jumlah lempeng yang bermuatan lebih dari dua, atau ketika muatan netto di dua lempeng adalah bukan-nol. Untuk menangani kasus ini, Maxwell memperkenalkan konsep "koefisien potensial". Jika tiga lempeng diberikan muatan <math>Q_1, Q_2, Q_3</math>, maka voltasenya lempeng 1 adalah
:<math> V_1 = p_{11} Q_1 + p_{12} Q_2 + p_{13} Q_3 </math>,
dan rumus yang sama juga berlaku bagi voltase lainnya. Maxwell memperlihatkan bahwa koefisien potensial adalah simetris, sehingga <math>p_{12}=p_{21}</math>, dll.
== Dualitas kapasitansi/induktansi ==
Dalam istilah matematika, kapasitas yang ideal bisa dianggap sebagai kebalikan dari [[induktansi]] yang ideal, karena persamaan voltase-arusnya dua fenomena bisa dialihragamkan ke satu sama lain dengan menukarkan istilah voltase dan arus.
== Kapasitansi sendiri ==
Dalam [[sirkuit listrik]] atau untai elektris atau rangkaian listrik, istilah ''kapasitansi'' biasanya adalah singkatan dari kapasitansi saling (
:<math>C=4\pi\epsilon_0R \,</math>
Nilai tipikalnya kapasitansi-sendiri adalah:
* untuk "lempeng" puncaknya generator van de Graaf, biasanya sebuah bola 20 cm dalam radius: 20 pF
* planet [[Bumi]]: sekitar 710 µF
== Elastansi ==
Kebalikan dari kapasitansi disebut ''[[elastansi elektris|elastansi]]'', dan satuannya adalah reciprocal farad.
== Kondensator ==
[[Berkas:Capacitors electrolytic.jpg|jmpl|Ilustrasi kapasitor]]
Kapasitansi mayoritas [[kondensator]] atau kapasitor yang digunakan dalam [[rangkaian elektronik]] adalah sejumlah tingkat besaran yang lebih kecil daripada farad. Beberapa sub satuannya kapasitansi yang paling umum digunakan saat ini adalah milifarad (mF), mikrofarad (µF), nanofarad (nF), dan pikofarad (pF).
Kapasitansi bisa dikalkulasi dengan mengetahui geometri konduktor dan sifat dielektriknya penyekat di antara konduktor. Sebagai contoh, besar kapasitansi dari sebuah kapasitor “pelat-sejajar” yang tersusun dari dua lempeng sejajarnya seluas <math>A</math> yang dipisahkan oleh jarak <math>d</math> adalah sebagai berikut:
:<math>C = \epsilon_{r}\epsilon_{0} \frac{A}{d}</math> (dalam unit SI)
dengan
:
:<math>A</math> adalah luas setiap lempeng, diukur dalam [[meter persegi]]
:<math>\varepsilon_r</math> adalah [[konstanta dielektrik]] (yang juga disebut permitivitas listrik relatif) dari bahan di antara lempeng, (vakum = 1)
:<math>\varepsilon_0</math> adalah [[permitivitas vakum]] atau konstanta listrik di mana <math>\varepsilon_0 = 8.854\times10^{-12} F/m</math>
:<math>d</math> adalah jarak antar lempeng, diukur dalam [[meter]]
Persamaan di atas sangat baik digunakan jika <math>d</math> besarnya kecil bila dibandingkan dengan dimensi lainnya lempeng. Dalam satuan [[CGS]], persamaannya berbentuk:
:<math>C = \varepsilon_{r} \frac{A}{d}</math>
dengan <math>C</math> dalam kasus ini memiliki [[satuan panjang]].
Tetapan dielektrik bagi sejumlah perubahan dielektrik yang sangat berguna sebagai sebuah fungsi medan listrik terapan, misalnya bahan-bahan [[feroelektrisitas]], sehingga kapasitansi untuk berbagai peranti ini tak lagi sekadar memiliki fungsi alat geometri. Kapasitor yang menyimpan tegangan sinusoidal, tetapan dielektrik, merupakan sebuah fungsi frekuensi. Tetapan dielektrik ubahan berfrekuensi disebut sebagai [[tebaran dielektrik]], dan diatur oleh berbagai proses [[relaksasi dielektrik]], seperti kapasitansi [[relaksasi Debye]].
== Lihat pula ==
* [[Kondensator]]
* [[Elektromagnetisme]]
* [[Listrik]]
* [[Elektronika]]
* [[Induktor]]
== Referensi ==
=== Catatan kaki===
{{reflist}}
=== Referensi umum===
* Tipler, Paul (1998). ''Physics for Scientists and Engineers: Vol. 2: Electricity and Magnetism, Light'' (4th ed.). W. H. Freeman. ISBN 1-57259-492-6
* Serway, Raymond; Jewett, John (2003). ''Physics for Scientists and Engineers'' (6 ed.). Brooks Cole. ISBN 0-534-40842-7
* Saslow, Wayne M.(2002). ''Electricity, Magnetism, and Light''.
== Pranala luar ==
* [http://paginas.fe.up.pt/~fff/eBook/MDA/Teo_Miller.html Miller's Theorem]
* <!--[http://www.adln.lib.unair.ac.id/go.php?id=jiptunair-gdl-res-2001-prijo2c-585-sugar&PHPSESSID=86813521b566df5169e868151971d8c9 Optimasi Bentuk dan Ukuran Sensor Kapasitor Kepingsejajar Dalam Pengukuran Kadar Larutan Gula]{{Pranala mati|date=Mei 2021 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}-->
[[Kategori:Konsep dalam fisika]]
[[Kategori:Listrik]]
[[Kategori:Besaran fisika]]
[[Kategori:Sifat listrik]]
| |||