Perkuliahan Fisika Dasar II FI-331
Oleh Endi Suhendi
1
Menu hari ini (1 minggu): Kapasitor
Oleh Endi Suhendi
2
Last Time: Potensial dan Konduktor
Oleh Endi Suhendi
3
Medan E dan Potensial: Sumber
Sebuah muatan titik q menghasilkan medan dan potensial disekitarnya: Gunakan superposisi untuk sistem banyak muatan Hubungannya: Oleh Endi Suhendi
4
Medan E dan Potensial: Efek Jika anda menempatkan sebuah partikel, q, dalam medan:
Untuk memindahkan sebuah partikel, q, dalam medan:
Oleh Endi Suhendi
5
Konduktor dalam Kesetimbangan Konduktor adalah objek equipotensial: 1) E = 0 di dalam 2) Muatan neto di dalam 0 3) E tegak lurus permukaan 4) Kelebihan muatan pada permukaan
Oleh Endi Suhendi
6
Kapasitor dan Kapasitansi
Oleh Endi Suhendi
7
Kapasitor: Penyimpan Muatan & Energi Listrik Kapasitor: dua konduktor terisolasi dengan muatan yang sama Q dan berbeda tanda dan beda potensial ∆V diantaranya.
Satuan: Coulomb/Volt atau Farad Oleh Endi Suhendi
8
Kapasitor Plat Sejajar
Oleh Endi Suhendi
9
Menghitung E (Hukum Gauss)
Oleh Endi Suhendi
10
Alternatif Pemecahan
Plat bagian atas:
Plat bagian bawah:
Oleh Endi Suhendi
11
Kapasitor Plat Sejajar
C hanya bergantung pada faktor geometri A dan d Oleh Endi Suhendi
12
Kapasitor Bola Dua kulit bola konsentrik berradius a dan b
Berapakah E?
Hukum Gauss → E ≠ 0 hanya pada daerah a < r < b, bentuk E mirip dengan yang dihasilkan oleh muatan titik:
Oleh Endi Suhendi
13
Kapasitor Bola
Untuk sebuah bola konduktor berradius a:
Oleh Endi Suhendi
14
Kapasitansi Bumi Untuk sebuah bola konduktor berradius a:
Satu Farad adalah sangat BESAR! Kita biasa menggunakan pF(10-12) atau nF(10-9) Oleh Endi Suhendi
15
Kapasitor Silinder Dua kulit silinder konsentrik berradius a dan b, tingginya l. Kulit Silinder dalam bermuatan total Q (λ uniform) dan kulit silinder luar bermuatan total - Q (λ uniform) Hitung Kapasitansi Sistem tersebut!
Oleh Endi Suhendi
16
Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor
Oleh Endi Suhendi
17
Energi untuk Memuati Kapasitor
1. Kapasitor awalnya tidak bermuatan. 2. Bawa +dq dari bawah ke atas. Sekarang atas memiliki muatan q = +dq, bawah –dq 3. Ulangi 4. Berhenti ketika atas memiliki muatan q = +Q, bawah -Q Oleh Endi Suhendi
18
Usaha yang Dilakukan untuk Memuati Kapasitor • Pada suatu saat tertentu, plat atas +q, bawah –q • Beda potensialnya adalah ∆V = q / C • Usaha yang dilakukan untuk membawa dq yang lain adalah dW = dq ∆V
Oleh Endi Suhendi
19
Usaha yang Dilakukan untuk Memuati Kapasitor Sehingga usaha yang dilakukan untuk menggerakkan dq adalah is:
Energi Total untuk memuati sampai q = Q:
Oleh Endi Suhendi
20
Energ yang Tersimpan dalam Kapasitor Karena
Dimanakah energi tersimpan??? Oleh Endi Suhendi
21
Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor Energi disimpan dalam Medan Listrik! Kapasitor plat sejajar:
Rapat Energi Medan Listrik Oleh Endi Suhendi
22
Batrei (Catu Daya) & Rangkaian Dasar
Oleh Endi Suhendi
23
Batrei (Catu Daya) Ideal
• Beda potensialnya tetap diantara ujung-ujungnya • Sumber muatan sebanyak muatan yang diperlukan
Oleh Endi Suhendi
24
Susunan Batrei Seri
Beda potensial neto berubah yaitu ∆V = ∆V1 + ∆V2 Oleh Endi Suhendi
25
Susunan Batrei Paralel
Beda potensial tetap ∆V Don’t do this!
Oleh Endi Suhendi
26
Susunan Kapasitor Paralel Potensial Sama!
Oleh Endi Suhendi
27
Kapasitansi Equivalen
Animasi 5.1 Oleh Endi Suhendi
28
Susunan Kapasitor Seri
Sekarang tegangannya beda, Bagaimana dengan Q?
Oleh Endi Suhendi
29
Susunan Kapasitor Seri
Oleh Endi Suhendi
30
Kapasitansi Equivalen
(Tegangan dijumlahkan pada susunan seri)
Animasi 5.2 Oleh Endi Suhendi
31
Dielektrik Sebuah bahan dielektrik adalah bahan non konduktor atau insulator Contoh: karet, kaca, kertas Ketika dielektrik ditempatkan pada kapasitor bermuatan, beda potensial diantara dua plat akan berkurang HOW???
Oleh Endi Suhendi
32
Tinjauan Molekular dari Dielektrik Dielektrik Polar : Dielektrik dengan momen dipol listrik permanen Contoh: Air
Oleh Endi Suhendi
33
Tinjauan Molekular dari Dielektrik Dielektrik Non-Polar: Dielektrik dengan momen dipol listrik terinduksi Example: CH4
Oleh Endi Suhendi
34
Dielektrik dalam Kapasitor
Beda Potensial berkurang karena polarisasi dielektrik menurunkan besar medan listrik! Oleh Endi Suhendi
35
Hukum Gauss untuk Dielektrik
Ketika memasukan dielektrik, rapat muatan σ terinduksi pada permukaannya
Apa itu σ’? Oleh Endi Suhendi
36
Konstanta Dielektrik κ Dielektrik menurunkan besar medan awal oleh faktor κ
Hukum Gauss dengan dielektrik:
Konstanta Dielektrik Vakum 1.0 Kertas 3.7 Gelas Pyrex 5.6 Air 80 Oleh Endi Suhendi
37
E, P dan D
(σ − σ ′)A = q − q′ ε0
ε0
q q′ q q′ E= − → = ε 0E + → D = ε 0E + P ε 0A ε 0A A A q q′ D = dan P = A A
Oleh Endi Suhendi
38
E, P dan D Karena E adalah vektor, maka D dan P juga vektor:
r r r D = ε0E + P
r D = Pergeseran Listrik (electric displacement) " berkaitan dengan muatan bebas" r P = Polarisasi Listrik " berkaitan dengan muatan polarisasi" r E = Medan Listrik dalam dielektrik " berkaitan dengan semua muatan yang ada, baik bebas maupun polarisasi" Oleh Endi Suhendi
39
Dielektrik dalam Kapasitor Q0= Konstan setelah batrei diputus
Ketika dimasukan dielektrik:
Oleh Endi Suhendi
40
Dielektrik dalam Kapasitor V0 = Konstan ketika batrei tetap terhubung
Setelah dimasukan dielektrik: Oleh Endi Suhendi
41
Problem
Berapa kapasitansi sistem kapasitor berikut?
Oleh Endi Suhendi
42
TUGAS 4 Sudah dapat diakses di e-Learning
Oleh Endi Suhendi
43
