KAPASITANSI

KAPASITANSI

Kapasitor adalah dua konduktor sebarang yang dipisahkan oleh sebuah material.

Kapasitansi didefinisikan sebagai pembanding besar muatan di salah satu konduktor dengan besarnya beda potensial di antara kedua konduktor. Satuan SI untuk kapasitansi dinamakan satu farad (diambil dari nama Faraday).

C = Q/V

C= kapasitansi

Q= muatan pada konduktor

V= Beda Potensial

Ø  Kapasitor Pelat Sejajar

Bentuk paling sederhana dari kapasitor adalah 2 pelat konduksi yang sejajar, yang luasnya masing-masing A, yang terpisah dengan jarak d.

Jika kedua pelat diberi muatan, maka medan listrik terlokalisasi dalam daerah di antara pelat-pelat tersebut. Muatan pada pelat didistribusikan pada permukaan- permukaan yang berhadapan.

Ø  Medan Listrik Kapasitor Pelat Sejajar

Dengan menggunakan prinsip superposisi medan-medan listrik dan hukum Gauss, didapatkan bahwa medan listrik E = s/Î₀, dimana s adalah kerapatan muatan permukaan pada setiap pelat. Ini sama dengan besar muatan total Q pada setiap pelat dibagi dengan luas A, atau s = Q/A.

Sehingga E dapat dinyatakan sebagai

                           

Ø  Kapasitor dalam Sambungan Seri

Ø  Kapasitor dalam Sambungan Paralel

                  

HUKUM COLOUMB

HUKUM COLOUMB

Pada tahun 1768 melalui sebuah percobaan, Coloumb mendapatkan bahwa muatan-muatan sejenis akan menimbulkan efek tarik-menarik (atraktif) dan benda yang berlainan jenis akan saling tolak menolak (repulsif). Gaya tarik atau tolak ini berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar benda atau muatan benda tersebut.

 

Nilai K dikenal dengan konstanta coloumb, dan nilainya adalah 9 x 10⁹ N m²/C². Sebelum Coloumb, Cavendish sesungguhnya telah terlebih dahulu menggunakan prinsip yang sama ketika ia menghitung konstanta G pada gaya gravitasi universal. Namun ia tidak mempublikasikan dan terlambat di kenal orang dibandingkan Coloumb yang mempublikasikan karya-karyanya melalui memoris Do I’Academic Royal antara tahun 1775 hingga 1779.

Nilai K diukur melalui percobaan menggunakan prinsip Cavendish ketika menghitung nilai G pada konstanta gravitasi universal, yang bentuk persamaannya sangat mirip dengan gaya elektrostatik:

                        

Prinsip percobaan Cavendish sebenarnya sederhana, yakni terdiri dari 2 bola bermuatan masing-masing bermassa m dan berjari-jari r yang dihubungkan dengan batang yang disebut dengan dumbbell. Dumbbell ini dapat berputar bolak-balik karena ditolak gaya elektrostatik dari dua bola lain bermassa M.

Gaya tolak ini sebanding dengan torsi dengan r = F ) sehingga jika torsi bisa diukur maka gaya bisa diukur dan jika muatan serta jarak diketahui nilai K bisa diperoleh dari hubungan persamaan I:

 

Bila q₁ dan q₂ mempunyai tanda yang sama, baik kedua-duanya positif atau negatif maka gaya tersebut adalah gaya tolak. Bila muatan keduanya mempunyai tanda yang berlawanan maka gaya itu adalah gaya tarik, serupa dengan hukum ke III Newton:

“Kedua gaya itu selalu sama besarnya dan berlawanan arah,, bahkan bila muatan-muatan itu tidak sama.”

Untuk mengukur torsi digunakan hubungan Hook dimana:

 

C adalah modulus elastis dan kawat yang dapat diukur pada osilasi dumbbell dengan

                               I

I adalah momen inersia, untuk dumbbell nilainya I= 2m (d² tar²/s), maka jika d, r, m, dan T bisa dihitung maka kita bisa memperoleh nilai k.

            Dari persamaan diatas maka hukum Coloumb dirumuskan secara formal sebagai berikut:

 = 9x10⁹ N.m²/C²

F    = Gaya Coloumb (N)

Q₁    = Muatan Pertama (C)

Q₂  = Muatan Kedua (C)

r     = Jarak (m)

KONDUKTOR, ISOLATOR, DAN MUATAN KONDUKSI

KONDUKTOR, ISOLATOR, DAN MUATAN KONDUKSI

1.     Konduktor

Konduktor merupakan bahan yang sebagian elektronnya merupakan electron bebas yang tidak terikat pada atom dan dapat bergerak bebas melalui bahan tersebut. Tarikan antara electron yang berada dalam edaran paling luar dan intinya adalah sangat kecil, sehingga dalam suhu normal pun ada satu atau lebih electron yang terlepas dari atomnya. Elektron bebas ini bergerak secara acak dalam ruang di celah atom-atom. Gerakan electron-elektron ini dinamakan difusi (bauran). Pada umumnya sebuah konduktor bersifat netral, karena terdapat suatu ion kisi yang membawa satu muatan positif untuk tiap electron bebas yang membawa satu muatan negatif. Beberapa material yang termasuk konduktor adalah tembaga, aluminium, perak, besi, dll.

Bahan konduktor sangat berguna unntuk kehidupan sehari-hari. Kegunaannya:

a.      Untuk memindahkan panas dengan cepat dan untuk mendinginkan dengan cepat

b.     Alat-alat memasak seperti panci dan penggorengan yang terbuat dari aluminium, panas dapat dialirkan pada benda tersebut. Dengan demikian panas dengan cepat mengalir dari api ke masakan.

c.      Kumparan atau lilitan radiator di belakang lemari es dibuat dari tembaga. Agar panas dapat cepat dialirkan dari lemari es ke udara sekelilingnya.

2.     Isolator

Isolator merupakan jenis bahan yang elektronnya terikat pada atomnya dan tidak ada electron yang bebas. Pada isolator, setiap muatan electron dipegang erat oleh inti atomnya, sehingga pada suhu ruangan normal tidak mungkin adanya pengaliran arus listrik. Apabila isolator diberi tegangan besar sehingga menghasilkan energy listrik yang mampu mengatasi energi pengikat elektron, elektron akan dapat berpindah. Dengan demikian isolator dapat mengalirkan arus listrik. Berdasarkan hal itu dikatakan bahwa pada tegangan yang tinggi, isolator dapat berfungsi sebagai konduktor. Material yang bersifat isolator contohnya adalah kaca, mika, kayu, dll.

Bahan-bahan isolator digunakan untuk memperlambat kehilangan dan penambahan panas pada suatu benda. Berikut contoh pemanfaatan bahan isolator dalam kehidupan sehari-hari:

a.      Pegangan panci, penggorengan, dan setrika dibuat atau dilapisi plastic atau kayu. Jadi pada saat digunakan lat-alat tersebut tidak panas pada pegangannya.

b.     Masakan panas dalam wadah diberi las kain sewaktu digunakan dimeja, agar meja tidak rusak karena panas.

c.      Pipa uap panas di pabrik-pabrik dibalut dengan asbes untuk mengurangi keluarnya panas dari uap ke udara sekeliling.

3.     Muatan Konduksi

Sebagaimana kita ketahui, bahwa benda akan bermuatan listrik jika kekurangan atau kelebihan elektron. Dengan kata lain, yang memegang peranan penting dalam memberi muatan listrik adalah elektron. Kita dapat member muatan listrik pada suatu bendadengan menambah atau mengurangi jumlah electron yang dimilikibya. Ada beberapa cara member muatan listrik pada suatu benda, salah satunya adalah dengan cara induksi. Induksi adalah peristiwa pemisahan muatan di dalam suatu konduktor akibat konduktor itu didekati benda bermuatan listrik.

MUATAN LISTRIK DAN STRUKTUR MATERI

MUATAN LISTRIK DAN STRUKTUR MATERI

Kata listrik (electricity) berasal dari kata Yunani electron, yang berarti “amber”. Amber adalah dammar pohon yang membantu orang pada zaman dahulu mengetahui bahwa jika kita menggosok batang amber dengan kain, amber tersebut akan menarik daun-daun kecil atau debu. Sepotong plastic yang keras, batang kaca, atau penggaris plastic yang di gosok dengan kain juga akan menunjukkan efek amber ini. Pada masing-masing bahkan beberapa kasus, sebuah benda jadi bermuatan karena proses penggosokan dan dikatakan memiliki muatan listrik total.

Muatan listrik yaitusifat suatu partikel dasar seperti electron dan proton (dua partikel dasar yang menyusun atom-atom semua zat). Muatan listrik terdapat dua bentuk, yaitu muatan positif dan negatif. Elektron merupakan partikel bermuatan negatif, sedangkan proton merupakan partikel yang bermuatan positif. Tetapi keduanya mempunyai jumlah muatan listrik yang sama.

Setiap jenis muatan akan menolak jenis yang sama tetapi akan menarik jenis yang lainnya. Kedua jenis muatan listrik tersebut disebut positif dan negatif oleh negarawan, fisuf sekaligus ilmuan Amerika; Benjamin Franklin (1706-1790). Pilihan nama yang mana ditunjukkan untuk jenis apa tentu saja ditentukan sembarang. Franklin mengajukan argument bahwa ketika sejumlah muatan tertentu dihasilkan pada satu benda dalam suatu proses, muatan berlawanan dengan jumlah yang sama dihasilkan pada benda yang lainnya. Positif dan negatif diperlukan secara aljabar, sehingga pada setiap proses perupahan total jumlah muatan yang dihasilkan selalu nol.

Dalam hal ini, jika sebuah benda mempunyai lebih banyak proton dari pada electron, maka benda dikatakan menjadi bermuatan positif, dan sebaliknya jika sebuah benda mempunyai lebih banyak electron dari pada proton, maka benda dikatakan menjadi bermuatan negatif. Keadaan ini menunjukkan, jika sebuah benda mempunyai jumlah proton dan electron yang sama, maka muatan-muatannya akan saling meniadakan dan benda dikatakan tak bermuatan (netral). Maka dapat dikatakan bahwa keadaan muatan listrik pada suatu benda ditentukan oleh jumlah proton dan electron dalam benda tersebut. Muatan suatu benda adalah kelipatan dari muatan electron atau muatan proton. Proton memiliki muatan +e dan electron memiliki muatan –e sehingga:

Q = N.e

Keterangan:

Q = muatan suatu benda ©

N = jumlah atom

e = muatan electron/proton (1,6x10^-19)