capacitance ~ KATEGORI-ANTROPOLOGI - PTS-PTN ~ COLLECTION OF WORLD ENCYCLOPEDIA

Pemisahan muatan dalam sebuah kondensator lempeng-sejajar menciptakan ajang elektrik internal. Sebuah peruang dielektrik terpolarisasi (oranye) mengurangi ajang elektrik serta meningkatkan kapasitansi.

Kapasitansi atau kapasitans adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuah potensial listrik yang telah ditentukan. Bangun paling umum dari piranti penyimpanan muatan adalah sebuah kapasitor dua lempeng/pelat/keping. Bila muatan di lempeng/pelat/keping adalah +Q dan –Q, dan V adalah tegangan listrik antar lempeng/pelat/keping, maka rumus kapasitans adalah:

$C = frac{Q}{V}$

C adalah kapasitansi yang diukur dalam Farad

Q adalah muatan yang diukur dalam coulomb

V adalah voltase yang diukur dalam volt

Unit 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 dimainkan untuk memasukkannya dengan muatan listrik. Anggap sebuah kapasitans sebagai C, yang menyimpan muatan +q di sebuah lempeng dan -q di lempeng yang beda. Memindahkan sebuah elemen muatan yang kecil $mathrm{d}q$ dari satu lempeng ke lempeng yang beda bertentangan dengan pautan potensial V = q/C memerlukan kerja $mathrm{d}W$ :

$mathrm{d}W = frac{q}{C},mathrm{d}q$

dimana

W adalah kerja yang diukur dalam joule

q adalah muatan yang diukur dalam coulomb

C adalah kapasitans yang diukur dalam farad

Kita bisa mengetahui energi yang tersimpan dalam sebuah kapasitas dengan mengintegralkan persamaan ini. Dimulai dengan sebuah kapasitans tak bermuatan (q=0) dan memindahkan muatan dari satu lempeng ke lempen yang beda sampai lempeng bermuatan +Q dan -Q membutuhkan kerja W:

$W_{bermuatan} = int_{0}^{Q} frac{q}{C} , mathrm{d}q = frac{1}{2}frac{Q^2}{C} = frac{1}{2}CV^2 = W_{disimpan}$

Dengan mengombinasikan persamaan di atas untuk kapasitansnya sebuah kapasitor pelat rata, kita mendapatkan:

$W_{disimpan} = frac{1}{2} C V^2 = frac{1}{2} epsilon frac{A}{d} V^2$ .

dimana

W adalah energi yang diukur dalam joule

C adalah kapasitans, diukur dalam farad

V adalah voltase yang diukur dalam volt

Kapasitans dan Arus Pergeseran

Fisikawan bernama James Clerk Maxwell menemukan konsep arus pergeseran, $frac{partial vec{D}}{partial t}$ , untuk membuat hukum Ampere konsisten dengan kekekalan muatan dalam kasus dimana muatan terakumulasi, contohnya di dalam sebuah kapasitor. Ia menginterpretasikan hal ini sebagai sebagai gerakan nyatanya muatan, bahkan dalam vakum, dimana Maxwell menduga bahwa gerakan nyatanya muatan berhubungan dengan gerakannya muatan dipol di dalam eter. Meski interpretasi ini telah dilepaskan, koreksi dari Maxwell terhadap hukum Ampere tetap valid (medan listrik yang berganti-ganti memproduksi ajang magnet).

Persamaan Maxwell menggabungkan hukum Ampere dengan konsep arus pergeseran dirumuskan sebagai $vec{abla} imes vec{H} = vec{J} + frac{partial vec{D}}{partial t}$ . (Dengan mengintegralkan kedua sisi, the integral dari $vec{abla}imes vec{H}$ bisa ditukar dengan integralnya $vec{H} cdot mathrm{d} vec{l}$ di sekitar sebuah kontur tertutup, dengan begitu mendemonstrasikan interkoneksi dengan formulasinya Ampere.)

Koefisien potensial

Percakapan di atas hanya aci dalam kasus dua lempeng konduksi. Makna C=Q/V masih aci bila hanya satu lempeng yang diberikan muatan listrik, dengan ketentuan bahwa garis-garis ajang yang dihasilkan oleh muatan itu berhenti seakan-akan lempeng tadinya ada di pusat ruang lingkup bermuatan sebaliknya pada ketakterhinggaan.

C=Q/V tidak aci kala jumlah lempeng yang bermuatan bertambah dari dua, atau ketika muatan netto di dua lempeng adalah bukan-nol. Untuk menangani kasus ini, Maxwell memperkenalkan konsep "koefisien potensial". Bila tiga lempeng diberikan muatan $Q_1, Q_2, Q_3$ , maka voltasenya lempeng 1 adalah

$V_1 = p_{11} Q_1 + p_{12} Q_2 + p_{13} Q_3$ ,

dan rumus yang sama juga aci bagi voltase bedanya. Maxwell memperlihatkan bahwa koefisien potensial adalah simetris, sehingga $p_{12}=p_{21}$ , dll.

Dualitas kapasitansi/induktansi

Dalam istilah matematika, kapasitas yang ideal bisa diasumsikan sebagai kebalikan dari induktansi yang ideal, karena persamaan voltase-arusnya dua fenomena bisa dialihragamkan ke satu sama beda dengan menukarkan istilah voltase dan arus.

Kapasitansi sendiri

Dalam sirkuit listrik atau untai elektris atau rangkaian listrik, istilah kapasitansi biasanya adalah singkatan dari kapasitansi bergantian (Bahasa Inggris: mutual capacitance) antar dua konduktor yang bersebelahan, seperti dua lempengnya sebuah kapasitor. Terdapat pula istilah kapasitansi-sendiri (Bahasa Inggris: self-capacitance), yang merupakan jumlah muatan listrik yang harus ditambahkan ke sebuah konduktor terisolasi untuk menaikkan potensial listriknya sebanyak 1 volt. Titik rujukan untuk potensial ini adalah sebuah ruang lingkup/kawasan konduksi berongga teoritis, dari radius yang tak terhingga, yang berfokus pada konduktor. Dengan mempergunakan metode ini, kapasitansi-sendiri dari sebuah kawasan konduksinya radius R adalah:

$C=4piepsilon_0R ,$ [1]

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 dinamakan elastansi, dan satuannya adalah reciprocal farad.

Kondensator

Kapasitansi mayoritas kondensator atau kapasitor yang dipakai dalam rangkaian elektronik adalah sejumlah tingkat besaran yang bertambah kecil daripada farad. Beberapa sub satuannya kapasitansi yang paling umum dipakai kala ini adalah milifarad (mF), mikrofarad (µF), nanofarad (nF), dan pikofarad (pF).

Kapasitansi bisa dikalkulasi dengan mengetahui geometri konduktor dan sifat dielektriknya penyekat di selang konduktor. Sebagai contoh, besar kapasitansi dari sebuah kapasitor “pelat-sejajar” yang tersusun dari dua lempeng sejajarnya seluas A yang dipisahkan oleh jarak d adalah sebagai berikut: is approximately equal to the following:

$C = epsilon_{r}epsilon_{0} frac{A}{d}$ (in SI units)

dimana

C adalah kapasitansi dalam farad, F

A adalah luas setiap lempeng, diukur dalam meter persegi

ε_r adalah konstanta dielektrik (yang juga dinamakan permitivitas listrik relatif) dari bahan di selang lempeng, (vakum =1)

ε₀ adalah permitivitas vakum atau konstanta listrik dimana ε₀ = 8.854x10^-12 F/m

d adalah jarak antar lempeng, diukur dalam meter

Persamaan di atas sangat baik dipakai bila d besarnya kecil bila dibandingkan dengan dimensi bedanya lempeng. Dalam satuan CGS, persamaannya berbentuk:

$C = epsilon_{r} frac{A}{d}$

dimana C dalam kasus ini memiliki satuan panjang.

Tetapan dielektrik bagi sejumlah perubahan dielektrik yang sangat berguna sebagai sebuah fungsi ajang listrik terapan, misalnya bahan-bahan feroelektrisitas, sehingga kapasitansi untuk berbagai piranti ini tak lagi sekedar memiliki fungsi alat geometri. Kapasitor yang menyimpan tegangan sinusoidal, tetapan dielektrik, merupakan sebuah fungsi frekuensi. Tetapan dielektrik ubahan berfrekuensi dinamakan sebagai tebaran dielektrik, dan diatur oleh berbagai ronde relaksasi dielektrik, seperti kapasitansi relaksasi Debye.

Lihat pula

Rujukan

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. Thomson Learning. ISBN 0-12-619455-6. See Chapter 8, and especially pp.255-259 for coefficients of potential.

Pranala luar

Miller's Theorem
Optimasi Bangun dan Ukuran Sensor Kapasitor Kepingsejajar Dalam Pengukuran Kadar Larutan Gula

Sumber :
wiki.edunitas.com, id.wikipedia.org, ensiklopedia.web.id, kategori-antropologi.nomor.net, dan sebagainya.