Rumus energi kapasitor, lengkap dengan pengertian, komponen, dan contoh soal

Brilio.net - Rumus energi kapasitor menjadi salah satu topik yang menarik dan penting dalam bidang fisika dan elektronika. Pasalnya rumus energi kapasitor berkaitan dengan cara menyimpan dan mengeluarkan energi listrik dalam bentuk medan listrik. Bisa dibilang, energi kapasitor sebagai bagian penting dari elektronika yang memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, seperti kamera digital, flash disk, defibrillator, dan lain-lain.

Namun, apa sebenarnya energi kapasitor itu? Bagaimana cara menghitung rumus energi kapasitor? Nah, pada artikel kali ini brilio.net akan mengulik pertanyaan tersebut dengan memberikan pengertian, rumus, dan contoh soal tentang energi kapasitor. Selain itu, artikel ini juga akan membahas komponen dan jenis-jenis energi kapasitor sehingga dapat memberikan pengetahuan dan pemahaman yang lebih mendalam tentang rumus energi kapasitor dan kapasitor secara umum.

Jadi, tunggu apalagi? Yuk simak ulasan lengkap rumus energi kapasitor lengkap dengan pengertian, komponen, dan contoh soal serta pembahasannya. Dirangkum dari berbagai sumber, Senin (27/11)

Definisi energi kapasitor.

rumus energi kapasitor
freepik.com

Energi kapasitor adalah energi listrik yang tersimpan di dalam kapasitor. Kapasitor adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua keping konduktor yang dipisahkan oleh bahan dielektrik. Bahan dielektrik berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik, sehingga muatan listrik akan tersimpan di antara kedua keping konduktor tersebut.

Energi kapasitor dirumuskan sebagai berikut:

E = 1/2 * C * V^2 atau E = 1/2Q.V atau E = Q^2/2C

Keterangan:

E adalah energi kapasitor (joule)
C adalah kapasitansi kapasitor (farad)
V adalah beda potensial antara kedua keping konduktor (volt)

Dari rumus tersebut, dapat dilihat bahwa energi kapasitor berbanding lurus dengan kuadrat kapasitansi. Artinya, semakin besar tegangan dan kapasitansi, semakin besar pula energi yang tersimpan dalam kapasitor. Energi kapasitor juga berbanding lurus dengan kuadrat muatan listrik dan berbanding terbalik dengan kapasitansi. Artinya, semakin besar muatan listrik dan semakin kecil kapasitansi, semakin besar pula energi yang tersimpan dalam kapasitor.

Sehingga dapat dipahami bahwa energi kapasitor adalah ukuran kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik. Kapasitas kapasitor dinyatakan dalam satuan farad (F). Beda potensial adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik. Beda potensial dinyatakan dalam satuan volt (V).

Selain itu, penting diketahui bahwa energi kapasitor dapat digunakan untuk berbagai keperluan, seperti penyimpanan energi listrik, pengaturan frekuensi, penguat sinyal, dan filter. Sementara dalam rangkaian elektronika, kapasitor sering digunakan untuk menyimpan energi listrik. Energi listrik tersebut dapat digunakan untuk berbagai keperluan, misalnya untuk menghidupkan lampu LED atau untuk menyalakan motor listrik.

Komponen energi kapasitor.

rumus energi kapasitor
freepik.com

Komponen energi kapasitor terdiri dari dua bagian utama, yaitu:

1. Elektroda

rumus energi kapasitor
Istimewa

Elektroda adalah bagian kapasitor yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik. Elektroda biasanya terbuat dari bahan logam, seperti aluminium, tembaga, atau nikel.

2. Dielektrik

rumus energi kapasitor
Istimewa

Dielektrik adalah bagian kapasitor yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik. Dielektrik biasanya terbuat dari bahan non-konduktor, seperti udara, kertas, keramik, atau plastik. Kapasitas kapasitor ditentukan oleh luas permukaan elektroda, jarak antar elektroda, dan bahan dielektrik.

Semakin luas permukaan elektroda, semakin besar kapasitas kapasitor. Semakin dekat jarak antar elektroda, semakin besar kapasitas kapasitor. Semakin tinggi konstanta dielektrik bahan dielektrik, semakin besar kapasitas kapasitor. Beda potensial antara kedua elektroda kapasitor menentukan besarnya energi kapasitor. Semakin besar beda potensial, semakin besar energi kapasitor.

Jenis-jenis energi kapasitor.

rumus energi kapasitor
freepik.com

Jenis-jenis kapasitor yang digunakan untuk menyimpan energi listrik dapat dibedakan berdasarkan beberapa hal, seperti bahan dielektrik, polaritas, nilai kapasitansi, dan bentuk fisik. Berikut adalah beberapa jenis kapasitor yang umum digunakan dalam rangkaian elektronika:

1. Kapasitor elektrolit.

Kapasitor elektrolit merupakan kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik berupa larutan elektrolit yang memungkinkan kapasitor memiliki nilai kapasitansi yang tinggi.

Kapasitor jenis ini memiliki polaritas, yaitu salah satu kaki kapasitor harus dihubungkan dengan kutub positif sumber tegangan dan kaki lainnya dengan kutub negatif. Jika pemasangannya terbalik, kapasitor ini dapat meledak. Kapasitor ini biasanya berbentuk silinder atau tabung dengan tanda (+) dan (-) pada kaki-kakinya.

2. Kapasitor keramik

Selain elektrolit, ada juga kapasitor keramik yang menggunakan bahan dielektrik berupa keramik yang memiliki nilai kapasitansi yang rendah hingga sedang. Tak jauh berbeda dari jenis lainnya, kapasitor ini tidak memiliki polaritas, yaitu kaki-kaki kapasitor dapat dihubungkan dengan sumber tegangan tanpa memperhatikan kutubnya.

Kapasitor keramik ini biasanya berbentuk bulat pipih atau kotak dengan tanda angka atau huruf pada permukaannya yang menunjukkan nilai kapasitansinya.

3. Kapasitor film

Kapasitor jenis film mengandalkan bahan dielektrik berupa film plastik yang memiliki nilai kapasitansi yang rendah hingga tinggi. Dimana kapasitor ini tidak memiliki polaritas, yaitu kaki-kaki kapasitor dapat dihubungkan dengan sumber tegangan tanpa memperhatikan kutubnya. Kapasitor ini biasanya berbentuk silinder atau kotak dengan tanda warna atau huruf pada permukaannya yang menunjukkan nilai kapasitansinya.

4. Kapasitor variabel

Kapasitor variabel ini menggunakan bahan dielektrik berupa udara atau mika yang memungkinkan kapasitor memiliki nilai kapasitansi yang dapat diubah-ubah.

Kapasitor ini tidak memiliki polaritas, yaitu kaki-kaki kapasitor dapat dihubungkan dengan sumber tegangan tanpa memperhatikan kutubnya. Kapasitor ini biasanya berbentuk seperti kipas atau roda gigi dengan tanda skala pada permukaannya yang menunjukkan nilai kapasitansinya.

Contoh soal rumus kapasitor dan pembahasannya.

rumus energi kapasitor
freepik.com

Contoh 1

Sebuah kapasitor dengan kapasitansi 10 μF dimuati dengan beda potensial 100 V. Berapakah energi yang tersimpan dalam kapasitor tersebut?

Penyelesaian:

Energi kapasitor dirumuskan sebagai berikut:

E = 1/2 * C * V^2

Dengan demikian, energi yang tersimpan dalam kapasitor tersebut adalah:

E = 1/2 * 10 μF * (100 V)^2
E = 5000 μJ
E = 5 mJ

Jadi, energi yang tersimpan dalam kapasitor tersebut adalah 5 mJ.

Contoh 2

Dua buah kapasitor, masing-masing dengan kapasitansi 10 μF, disusun secara paralel. Kapasitor tersebut dimuati dengan beda potensial 100 V. Berapakah energi yang tersimpan dalam kapasitor gabungan tersebut?

Penyelesaian:

Kapasitansi kapasitor gabungan adalah:

C = C1 + C2
C = 10 μF + 10 μF
C = 20 μF

Energi kapasitor gabungan adalah:

E = 1/2 * C * V^2
E = 1/2 * 20 μF * (100 V)^2
E = 20000 μJ
E = 20 mJ

Jadi, energi yang tersimpan dalam kapasitor gabungan tersebut adalah 20 mJ.

Contoh 3

Tiga buah kapasitor, masing-masing dengan kapasitansi 10 μF, disusun secara seri. Kapasitor tersebut dimuati dengan beda potensial 100 V. Berapakah energi yang tersimpan dalam kapasitor gabungan tersebut?

Penyelesaian:

Kapasitansi kapasitor gabungan adalah:

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3
1/C = 1/10 μF + 1/10 μF + 1/10 μF
1/C = 3/10 μF
C = 10/3 μF

Energi kapasitor gabungan adalah:

E = 1/2 * C * V^2
E = 1/2 * (10/3 μF) * (100 V)^2
E = 1666.67 μJ
E = 1.667 mJ

Jadi, energi yang tersimpan dalam kapasitor gabungan tersebut adalah 1.667 mJ.

Contoh 4

Sebuah kapasitor dengan kapasitansi 10 μF dihubungkan dengan sumber tegangan 100 V selama 10 detik. Berapakah energi yang diserap oleh kapasitor tersebut?

Penyelesaian:

Daya yang diserap oleh kapasitor adalah:

P = V * I
P = V * (dQ/dt)
P = V * (C * dV/dt)
P = 1/2 * C * V^2 * dV/dt

Dengan demikian, energi yang diserap oleh kapasitor adalah:

E = P * t
E = 1/2 * C * V^2 * dV/dt * t
E = 1/2 * C * V^2 * (V/t)
E = 1/2 * C * V^3 / t
E = 1/2 * 10 μF * (100 V)^3 / 10 s
E = 50000 μJ
E = 5 mJ

Contoh 5

Sebuah kapasitor berkapasitansi 10 µF dihubungkan dengan sumber tegangan sebesar 20 V. Berapakah energi yang tersimpan dalam kapasitor tersebut?

Penyelesaian:

Energi yang tersimpan dalam kapasitor dapat dihitung dengan rumus energi kapasitor:

E = 1/2 * C * V^2

Substitusikan nilai-nilai yang diketahui ke dalam rumus energi kapasitor, maka:

E = 1/2(10 × 10^−6)(20)^2
E = 2 × 10^−3 J