LISTRIK STATIS (ELEKTROSTATIKA)

KOMPETENSI INTI

KI 1     Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.

KI 2    Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.

KI 3    Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban, terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah.

KI 4    Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.

KOMPETENSI DASAR

1.1              Bertambah keimanannya dengan menyadari hubungan keteraturan dan kompleksitas alam dan jagad raya terhadap kebesaran Tuhan yang menciptakannya

1.2              Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan keseimbangan perubahan medan listrik dan medan magnet yang saling berkaitan sehingga memungkinkan manusia mengembangkan teknologi untuk mempermudah kehidupan

1.1              Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat; tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan percobaan dan berdiskusi

1.2              Menghargai kerja individu dan kelompok dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi melaksanakan percobaan dan melaporkan hasil percobaan

3.3       Menganalis gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi  potensial listrik serta penerapannya pada berbagai kasus

4.3       Mengamati proses pengisian dan pelepasan muatan pada kapasitor dalam kehidupan sehari-hari.

Listrik Statis (Elektrostatika)

Studi tentang listrik dibagi menjadi dua bagian, yaitu listrik statis (electrostatic) dan listrik dinamik (electrodinamic). Listrik statis mempelajari muatan listrik yang berada dalam keadaan diam, sedangkan listrik dinamik mempelajari muatan listrik yang bergerak yang disebut arus listrik.

A.  Muatan Listrik

1.      Interaksi Elektrostatik antara Dua Muatan

Mari kita coba melakukan percobaan. Coba Anda siapkan dua buah batang kaca dan sehelai kain sutera. Gosoklah kedua batang kaca itu dengan kain sutera. Gantunglah batang kaca pertama dengan benang pada posisi mendatar. Bawalah batang kaca kedua mendekati batang kaca pertama. Apakah yang terjadi?

Ulangi percobaan itu dengan dua batang plastik (misalnya sisir platik) yang digosok dengan kain wol. Akan kita amati bahwa batang kaca itupun tolak-menolak dengan kain wol.

Coba Anda ulangi lagi percobaan itu dengan mendekatkan batang plastik ke batang kaca yang digantung.Ternyata kedua batang itu tarik-menarik. Kesimpulan yang dapat kita peroleh dari percobaan tersebut antara lain sebagai berikut.

a.       Muatan listrik dibagi dua jenis, yaitu muatan listrik positif dan muatan negatif. Batang kaca dan bendabenda bermuatan listrik lain yang bertingkah seperti batang kaca bermutan positif. Batang plastik dan benda-benda bermuatan listrik lain yang bertingkah seperti batang plastik bermuatan negatif.

b.      Dua benda bermuatan sejenis tolak-menolak dan dua benda bermuatan tidak sejenis tarik-menarik.

2.      Terjadinya Muatan Listrik

Batang kaca digosok dengan kain sutera menjadi bermuatan negatif. Batang plastik digosok dengan wol menjadi bermuatan listrik positif. Bagaimana kita menjelaskan hal ini?

Model atom Rutherford menyatakan bahwa atom disusun oleh sejumlah proton bermuatan positif yang terdapat dalam inti atom yang dikelilingi oleh sejumlah elektron bermuatan negatif. Atom bersifat netral karena jumlah proton dalam inti atom sama dengan jumlah elektron yang mengitari inti atom.

Hanya elektron yang berperan pada interaksi antara satu atom dengan atom lainnya. Elektron dapat keluar atau masuk ke dalam susunan atom, terutama elektron terluar yang dinamakan elektron valensi. Jika elektron keluar dari susunan atom maka jumlah proton bermuatan positif lebih banyak dari jumlah elektron bermuatan negatif sehingga atom menjadi bermuatan positif. Jika elektron masuk pada susunan atom maka jumlah proton bermuatan positif lebih sedikit dari jumlah elektron yang bermuatan negatif sehingga atom bermuatan negatif.

Ketika batang digosok dengan wol, elektron-elektron wol menuju ke batang plastik sehingga batang plastik kelebihan elektron dan batang plastik menjadi bermuatan negatif. Ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, elektron-elektron batang kaca menuju ke kain sutera sehingga batang kaca kekurangan elektron dan batang kaca menjadi bermuatan positif.

Gambar 1 . Model atom litium. Jumlah elektron yang bermuatan negatif sama dengan jumlah proton yang bermuatan positif

B.   Gaya Listrik

1.      Gaya Coulomb antara Dua Muatan Titik

Dua muatan listrik sejenis tolak-menolak dan dua muatan listrik tidak sejenis tarik-menarik. Ini berarti antara dua muatan listrik timbul gaya listrik (tolak-menolak atau tarik-menarik).

Bagaimana besar gaya ini terhadap besar muatan dan jarak antara kedua muatan? Hubungan gaya tarik atau tolak antara dua bola bermuatan dengan jarak kedua muatan ditentukan oleh seorang pakar fisika berkebangsaan Prancis bernama Charles Coulomb, pada 1785. Dalam eksperimennya, Coulomb menggunakan sebuah neraca puntir.

Jika bola A yang bermuatan diletakkan pada tempatnya maka bola B ditolak oleh bola A (bola B dan A keduanya bermuatan positif). Ini mengakibatkan lengan neraca terpuntir dan dalam keadaan seimbang lengan neraca mencapai kedudukan yang baru. Dari sudut puntiran ini, Coulomb mengukur besar gaya listrik. Dengan mengubah-ubah jarak antara bola B dan A, gaya listrik dapat diukur sebagai fungsi jarak. Coulomb menyimpulkan bahwa gaya tarik atau gaya tolak berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua bola bermuatan. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

Bagaimana muatan mempengaruhi gaya listrik tersebut? Pertama kali Coulomb mengukur gaya tolak antara bola A dan bola B pada suatu jarak tertentu. Kemudian, ia pun membagi muatan bola A menjadi dua sehingga muatan A menjadi setengah muatan awalnya. Ia mendapatkan bahwa besar gaya tolak menjadi setengah kali semula. Percobaan diulangi dengan membagi muatan bola A menjadi seperempat muatan awalnya.Ia mendapatkan bahwa besar gaya tolak menjadi seperempat kali semula. Coulomb menarik kesimpulan bahwa gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola bermuatan sebanding dengan muatan-muatannya. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

Gambar 2 . a) Gaya interaksi elektrostatis antar muatan sejenis tolak menolak

b) Gaya interaksi elektrostatis antar muatan tidak sejenis tarik menarik

Dengan cara menggabungkan kedua kesimpulan ini, Coulomb menyatakan hukumnya yang dinamakan hukum Coulomb, yaitu:

“Gaya tarik atau tolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.”

Secara matematis hukum Colulomb dapat dinyatakan sebagai berikut.

dengan:

F = besar gaya Coulomb (N)

q₁ , q₂ = muatan masing-masing partikel (coulomb, disingkat C)

r = jarak pisah antar kedua muatan (m)

e₀  = permisivitas ruang hampa = 8,85×10⁻¹² C²N^-1m^-2

k = 9 x 10⁹ N m² C^-2

Gaya Coulomb mirip gaya gravitasi yaitu keduanya adalah gaya yang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Kedua gaya ini tergolong sebagai gaya alamiah. Pada saat ini, ada empat macam gaya alamiah yang telah diketahui antara sebagai berikut.

a.       Gaya gravitasi, bekerja pada semua partikel dan menjaga planet-palnet tetap pada orbitnya mengitari matahari.

b.      Gaya elektromagnetik, bekerja di antara partikel bermuatan dan merupakan gaya yang mengikat atom-atom dan molekul-molekul.

c.       Gaya lemah (weak force), terjadi dalam peristiwa peluruhan radioaktif.

d.      Gaya kuat (strong force), menjaga neutron-neutron dan proton-proton bersama-sama dalam sebuah inti atom.

2.      Gaya Coulomb dalam Bahan

Apabila medium muatan bukan ruang hampa udara maka besar gaya Coulomb antara muatan q₁ dan q₂ berkurang (Fbahan < Fudara). Jika medium memiliki permisivitas relatif e_r (dahulu disebut tetapan dielektrik k) maka tetapan e₀ pada                                    harus diganti dengan permisivitas bahan e yang dirumuskan oleh: e = e_r e_o . Dalam ruang hampa e_r = 1 dan dalam udara e_r = 1,0006.  Jadi gaya Coulomb dalam bahan dirumuskan oleh

Jika gaya Coulomb dalam ruang hampa dibandingkan dengan gaya Coulomb dalam bahan maka kan diperoleh

Dengan cara memasukkan nilai e = e_r e_o diperoleh:

3.      Resultan Gaya Coulomb pada Sebuah Muatan Akibat Beberapa Muatan

Kita telah mempelajari gaya yang dialami sebuah bola bermuatan karena adanya bola bermuatan lain di dekatnya. Sekarang timbul pertanyaan, bagaimana vektor gaya Coulomb yang dialami oleh sebuah bola bermuatan karena adanya dua atau lebih bola bermuatan lain di dekatnya? Dalam hal ini ukuran bola bermuatan dianggap jauh lebih kecil daripada ukuran jarak antara bola sehingga bola dapat dianggap sebagai benda titik atau pertikel. Gambar di atas menunjukkan vektor-vektor gaya Coulomb yang bekerja pada muatan q₂. Vektor gaya Coulomb pada q₂ yang hanya disebabkan oleh muatan q₁ adalah F₂₁ (tolak-menolak) dan yang hanya disebabkan oleh muatan q₃ adalah F₂₃ (tarik-menarik) serat yang hanya disebabkan oleh muatan q₄ adalah F₂₄ (tolak-menolak). Anda dapat melihat tampak ada tiga vektor gaya Coulomb yang bekerja pada q₂, yaitu F₂₁, F₂₃, dan F₂₄. Gaya tolak yang bekerja pada q₂ merupakan resultan dari ketiga vektor gaya ini, antara lain.

F₂ = F₂₁ + F₂₃ + F_24.

Secara umum, gaya total yang bekerja pada sebuah muatan merupakan resultan (penjumlahan vektor) dari gaya-gaya yang bekerja pada muatan tersebut akibat interaksi dengan muatan-muatan yang ada di sekitarnya.

a.       Apabila muatan q3 diletakkan di tengah-tengah kedua muatan negatif. Maka,

Dengan menganggap F31  > F32  maka besar resultan gaya Coulomb pada q₃, yaitu F3 adalah:

Gambar 3 .Gaya coloumb pada muatan m2 akibat muatan m1, m3 dan m4

b.      Misalkan muatan q3 diletakkan x m dari muatan q1. Maka,

Agar resultan gaya Coulomb pada q3 sama dengan nol maka gaya Coulomb pada q3, oleh q1 harus sama dengan besar gaya Coulomb pada q3 oleh q2.

Jadi, agar resultan gaya Colulomb pada q3 sama dengan nol maka muatan q3 diletakkan 0,3 m dari q1 .

C.  Kuat Medan Listrik

Gaya antara dua buah partikel bermuatan yang dipisahkan suatu jarak tertentu tanpa kontak antara keduanya disebut action at adistance. Cara pandang lain dalam melihat gaya listrik yaitu dengan menggunakan konsep medan. Medan adalah ruang di sekitar benda yang setiap titik dalam ruang tersebut akan terpenagruh oleh gaya yang ditimbulkan oleh benda. Oleh karena partikel akan menghasilkan gaya listrik, medan di sekitar partikel itu disebut medan listrik.

Medan listrik adalah besaran vektor yang arahnya pada suatu titik tertentu didefinisikan oleh Michael Faraday sebagai arah gaya yang dialami oleh suatu benda bermuatan positif. Medan listrik dapat digambarkan dengan garis-garis gaya listrik yang menjauhi (keluar dari) muatan positif dan mendekati (masuk ke) muatan negatif.

Gambar 4. a) Garis-garis gaya listrik untuk sebuah bola bermuatan positif

b) Garis-garis gaya listrik untuk sebuah bola bermuatan negatif

Kerapatan garis-garis gaya lsitrik menggambarkan besarnya kuat medan listrik. Apabila dalam suatu ruang terdapat dua buah benda bermuatan lsitrik yang sama besar, garis-garis gaya listriknya dapat digambarkan sebagai berikut.

Gambar 5. Garis-garis gaya listrik untuk a) muatan positif dan negatif ; b) dua muatan positif

Di sekitar muatan sumber q terdapat medan listrik sehingga muatan q yang diletakkan dalam pengaruh medan listrik ini mendapat gaya Coulomb. Muatan lain q₂ yang diletakkan dalam pengaruh medan listrik ini juga  mendapat gaya Coulomb. Gaya Coulomb yang dialami oleh partikel bermuatan bergantung pada muatan partikel dan muatan sumber q. Oleh karena itu, untuk mengetahui efek medan listrik dari muatan sumber q, kita meletakkan suatu muatan uji dalam ruang di seitar medan listrik tersebut. Kuat medan listri (E) didefinisikan sebagai hasil bagi gaya Coulomb yang bekerja pada muatan uji dengan besar muatan uji tersebut (q’). Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

dengan:

E = kuat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan sumber (N/C atau NC^-1)

F = gaya Coulomb (N)

q’ = muatan uji ( C ).

Persamaan kedua di atas menunjukkan muatan uji positif, vektor gaya Coulomb F searah dengan vektor kuat medan listrik E, dan untuk muatan uji negatif, vektor gaya Coulomb F berlawanan arah dengan vektor kuat medan listrik E.

1.      Kuat Medan Listrik Akibat Sebuah Muatan Titik

Berikut ini penurunan persamaan untuk menghitung kuat medan listrik di suatu sumber pada jarak tertentu dari sebuah sumber q. Besar gaya Coulomb antara muatan sumber q dan muatan uji q’ adalah :

Kuat medan listrik adalah hasil bagi gaya Coulomb dengan muatan uji.

Atau dapat ditulis

dengan:

r = jarak titik terhdap muatan sumber (m)

q = muatan sumber ( C )

E = besar kuat medan listrik (N/C).

Berikut ini adalah hal-hal yang perlu diperhatikan untuk menggambar vektor kuat medan listrik di suatu titik adalah:

a.       vektor E menjauhi muatan sumber positif dan mendekati sumber negatif;

b.      vektor E memiliki garis kerja sepanjang garis hubung antara muatan sumber dengan titik yang akan dilukis vektor kuat medannya.

Gambar 6. Vektor kuat medan Listrik a) menjauhi muatan sumber positif; b) mendekati muatan sumber negatif

Kuat medan listrik diukur dalam N/C atau V/m (1 N/C = 1 V/m). Kuat medan listrik dan medan magnet (ukuran radiasi elektromagnetik) yang melebihi ambang batas dapat membahayakan keehatan manusia. Rekomendasi badan kesehatan dunia WHO pada 1987 menyebutkan bahwa kuat medan listrik sampai 10⁴ V/m atau 10⁴ N/m tidak membahayakan kesehatan manusia. Berikut ini adalah data sebagai pertimbangan untuk mengetahui mana sumber medan listrik yang membahayakan kesehatan.

Tabel 1. Nilai Pendekatan Kuat Medan Listrik

2.      Kuat Medan Listrik Di Suatu Titik Akibat Beberapa Muatan

Kuat medan listrik termasuk besaran vektor.Oleh karena itu, seperti halnya Coulomb yang telah dibahas. Kuat medan listrik di suatu titik akibat beberapa muatan sumber adalah jumlah vektor (resultan) dari vektor-vektor kuat medan listrik yang dihasilkan oleh setiap muatan sumber pada titik tersebut. Misalkan ada tiga buah muatan sumber q₁, q₂, dan q₃ masing-masing menghasilkan kuat medan listrik E₁, E₂, dan E₃ pada titik P maka kuat medan listrik di titik P (diberi lambang Ep) adalah resultan dari ketiga vektor medan listrik. Secara matematis persamaannya dapat ditulis sebagai berikut.

E_p = E₁ + E₂ + E₃

D.  Potensial Listrik dan Energi Potensial Listrik

1.      Energi Potensial Listrik

Gambar di bawah ini menggambarkan muatan uji  yang mula – mula berjarak  dari muatan q, pindah ke titik 2 yang berjarak  dari muatan sumber q. Gaya Coulomb yang bekerja pada dirumuskan dengan

Gambar 7. Muatan uji q dipengaruhi oleh kuat medan magnet E sehingga mendapat gaya Coulomb

Karena muatan  dan q sejanis, maka arah gaya Coulombnya vertikal ke atas, searah perpindahan dr. Dengan demikian, maka besarnya usaha yang dilakukan gaya Coulomb untuk perpindahan  dari titik 1 ke titik 2 adalah

Karena , q dan k tidak bergantung pada r, maka mereka dapat dikeluarkan, sehingga

.

Gaya Coulomb merupakan gaya konservatif, sehingga memenuhi persamaan

.

Dengan muatan uji, q muatan sumber,  jarak muatan uji pada titik 2 ke muatan sumber dan  jarak muatan uji pada titik 1 ke muatan sumber.

2.      Beda Potensial Listrik

Potensial listrik didefinisikan sebagai besarnya perubahan energi potensial per satuan muatan ketika sebuah muatan uji dipindahkan di antara dua titik. Dalam Sistem SI potensial listrik mempunyai satuan joule per coulomb dan diberi nama volt (V). Satuan volt diambil dari nama ilmuan Italia bernama Alessandro Volta (174-1827) sebagai penemu baterai listrik.

.

3.      Potensial Mutlak oleh Muatan Sumber Titik

Untuk mempermudah penghitungan, kita biasanya menggunakan titik acuan nol. Untuk pemilihan potensial nol menggunakan sumber muatan terbesar yang “bebas”. Misalnya kita menggunakan bumi sebagai potensial tanah. Bentuk persamaan potensial listrik dapat disederhanakan menjadi

adalah potensial akhir  dikurangi potensial awal

.

Dengan menyamadengankan kedua persamaan di atas, maka

Pernyataan tersebut dinyatakan  sebagai potensial mutlak , karena mempunyai acuan nol. Ketika r bertambah besar, maka V akan bertambah kecil. Jika nilai r tak hingga, maka nilai V mendekati nol. Kesimpulannya, Potensial adalah perubahan energi potensial per satuan muatan yang terjadi ketika sebuah muatan uji dipindah dari suatu titik tak hingga jauhnya pada suatu titik yang ditanyakan. Potensial pada suatu titik dapat bernilai positif, negatif maupun nol.

4.      Potensial oleh Beberapa Sumber Titik

Gaya Coulomb dan kuat medan listrik adalah besaran vektor. Gaya Coulomb dan kuat medan listrik oleh beberapa muatan dijumlahkan secara vektor. Namun, potensial listrik adalah besaran skalar, sehingga besar potensial listrik yang disebabkan oleh beberapa muatan sumber cukup dihitung dengan penjumlahan aljabar biasa.

dengan n adalah banyaknya muatan sumber, maka tanda muatan perlu dimasukkan.

5.      Hukum Kekekalan Energi Mekanik dalam Medan Listrik

Gaya Coulomb adalah gaya konservatif. Sehingga, masalah gerak yang disebabkan olejh Gaya Coulomb dapat diselesaikan dengan hukum kekekalan energi mekanik. Misal, kita meninjau dua posisi partikel bermuatan, yaitu 1 dan 2, maka hukum kekekalan energi mekaniknya

Energi potensial listrik  dan energi kinetik , sehingga persamaan di atas menjadi

.

6.      Hubungan Potensial Listrik  dan Medan Listrik

Besarnya kuat medan listrik adalah besarnya gaya per satuan muatan. Besarnya potensial listrik adalah besarnya usaha per satuan muatan. Maka, ada hubungan antara usaha dan gaya yang disebabkan oleh hubungan kuat medan listrik dan potensial listrik.

a.       Konduktor Dua Keping Sejajar

Gambar 8. Konduktor dua plat sejajar

Konduktor dua keping sejajar adalah dua keping logam sejajar yang dihubungkan dengan sebuah baterai sehingga kedua keping mempunyai muatan yang sama tetapi berlawanan tanda. Bentuk keping sejajar seperti ini disebut kapasitor. Di antara kedua keping logam tersebut akan dihasilkan medan listrik yang serbasama dengan arah dari muatan positif ke muatan negatif. Muatan serbasama seperti ini disebut sebagai medan listrik homogen.

Pada muatan positif q bekerja gaya listrik  yang arahnya ke kanan. Untuk memindahkan muatan positif q dari A ke B (ke kiri), kita harus melakukan gaya F’ yang melawan gaya F, tetapi besarnya gaya F sama dengan F’. Usaha luar yang dilakukan untuk memindahkan muatan q dari A ke B adalah

 dengan

Jika disamadengankan, maka

 atau

Kuat medan listrik di antara kedua keping logam adalah homogen  dan diluar kapasitor kuat medan listriknya nol. Sementara itu, besarnya potensial listrik dalam keping  dan diluar kapasitor, nilainya tetap .

b.      Konduktor Bola Berongga

Gambar 9. Konduktor Bola Berongga

Sebuah bola berongga berjari – jari R mempunyai muatan q positif yang tersebar merata di permukaannya. Muatan di dalam bola tersebut . Untuk di dalam bola (r<R) ,

, dan di luar bola besarnya .

        

Gambar 10. Grafik E terhadap r dari sebuah bola berongga

Sementara itu, besarnya potensial di dalam kulit dan di kulit serba sama yaitu , dan di luar bola besarnya potensial listrik .

E.   Kapasitor

1.      Mengenal Kapasitor

Kapasitor adalah suatu peralatan yang dapat menyimpan muatan dan arus listrik. Kapasitor terdiri dari dua keping konduktor yang ruangnya diisi oleh dielektrik/penyekat. Penyekat pada kapasitor dapat berupa udara atau kertas. Kedua konduktor mempunyai muatan yang sama tapi jenis muatan berbeda. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik dinyatakan dengan besaran kapasitas (kapasistansi). Satuan SI dari kapasitas kapasitor adalah farad (F). Penamaan satuan farad bertujuan untuk menghormati jasa ilmuan Inggris bernama Michael Faraday. Kapasitas kapasitor yang sering digunakan adalah mikrofarad(μF), nanofarad(nF), dan pikofarad(ρF).

F;  F;  F

2.      Jenis-jenis  Kapasitor

Ada tiga jenis kapasitor yang sering digunakan,yaitu: kapasitor kertas, kapasitor elektrolit dan kapasitor variabel.Sesuai dengan namanya, kapasitor kertas mempunyai penyekat yang berbahan kertas. Kapasitor kertas mempunyai kapasitas sebesar 0,1 μF.

Kapasitor elektrolit mempunyai penyekat aluminium oksida dengan kapasitas sampai 100 μF. Salah satu keping kapasitor elektrolit mempunyai muatan positif dan dihubungkan pada kutub positif baterai disebut sebagai anoda. Sementara itu, keping lainnya mempunyai muatan negatif dan dihubungkan dengan kutub negatif baterai disebut katoda. Penghubungan muatan kapasitor dengan kutub baterai harus sesuai, sehingga kapasitor tidak rusak.

Kapasitor variabel mempunyai penyekat bupa udara. Kapasitor variabel mempunyai nillai kapasitas yang berubah – ubah. Biasanya digunakan untuk memilih frekuensi gelombang pada radio penerima. Kapasitas maksimalnya 500 ρF.

3.      Memberi Muatan pada Kapasitor

Kapasitor dapat dimuati dengan arus DC. Pada saat saklar ditutup, akan terjadi pengisian muatan pada kapasitor sampai penuh yaitu pada keadaan tunak (mantap). Pada saat saklar dibuka, muatan dalam kapasitor akan berkurang. Perbandingan antara muatan yang disimpan pada tiap keping terhadap beda potensial yang diciptakan antarkeping disebut kapasitas, diberi lambang C. Secara matematis

Kapasitas kapasitor adalah ukuran kemampuan atau daya tampung kapasitor untuk menyimpan muatan listrik untuk beda potensial yang diberikan. Satuannya adalah farad.

4.      Kapasitas Kapasitor Keping Sejajar

Dua keping logam kapasitor mempunyai luas A, berjarak d dan muatan +q serta –q. Telah diketahui, bahwa besarnya kuat medan listrik

 dengan

Sedangkan besarnya potensial V adalah

 sehingga

Sehingga besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar.

5.      Pengaruh Dielektrikum terhadap Kapasitas Kapasitor

Dielektrik adalah suatu bahan isolator, seperti kertas, karet, kaca atau plastik. Ketika suatun dielektrik disisipkan diantara keping kapasitor, maka kapasitas kapasitor akan meningkat.

Dengan  adalah kapasitas kapasitor tanpa dielektrik. Jika diantara logam kapasitor disisispi dielektrik, maka permitivitasnya menjadi . Dimana

Sehingga

Permitivitas relatif dielektrik adalah perbandingan antara kapasitas kapasitor dalam dielektrik dengan kapasitas kapasitor dalam vakum.

6.      Analisis Rangkaian Kapasitor

a.       Susunan Seri

Gambar 11. Susunan seri kapasitor

Gambar diatas adalah skema dari rangkaian kapasitor yang disusun secara seri. Kapasitas ekivalen (total) dari kapasitor yang disusun seri sama dengan jumlah kebalikan dari tiap – tiap kapasitas. Besar muatan pada pada tiap kapasitor adalah sama dengan muatan kapasitor ekivalennya. Tetapi, beda potensialnya masing – masing kkapasitor tidak sama.

b.      Susunan Paralel

Gambar 12. Susunan paralel kapasitor

Pada kapasitor yang disusun paralel, kapasitas totalnya adalah hasil penjumlahan tiap kapasitas kapasitor. Beda potensial tiap kapasitornya adalah sama, sementara itu, muatan tiap kapasitornya tidak sama.

7.      Energi Potensial Kapasitor

Sebuah kapasitor yang bermuatan memiliki potensial yang tersimpan di dalamnya. Pada awalnya suatu kapasitor tidak bermuatan. Setelah dialiti tegangan dari baterai, pada waktu tertentu muatan kapasitor menjadi maksimum q. Muatan pada keping terisi sedikit demi sedikit. Potensial awl kapasitor sebelum disambungkan baterai adalah 0 V, dan setelah penuh . Sehingga potensial rata – ratanya

Usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q adalah hasil kali beda potensial rata – rata dengan muatan yang sudah dipindahkan

 dimana , maka

8.      Penggunaan Kapasitor

Kapasitor hanya menyimpan sejumlah kecil energi. Energi maksimum yang dapat disimpan kapasitor adalah 10 J. Kapasitor digunakan untuk menyimpan energi karena kapasitor dapat di muati dan melepas muatannya dengan sangat cepat.

Salah satu penggunaan kapasitor adalah pada lampu blitz kamera. Blitz adalah alat penghasil kilat cahaya yang bertujuan untuk memperbanyak cahaya saat memotret. Kapasitor pada kamera dimuati oleh baterai kecil. Muatan tersebut akan dilepaskan ketika anda menekan tombol. Muatan yang disimpan akan dihantarkan ke sebuah tabung cahaya dengan cepat dan menyinari subjek yang dipotret.

Selain itu mkapasitorn juga digunakan untuk memeilih frekuensi radio penerima; memisahkan arus AC dan arus DC; filter pada rangkaian catu daya; menghilangkan loncatan api dalam rangkaian skalar; menghilangkan bunga api dalam sistem pengapian mobil; menghemat daya listrik dalam rangkaian lampu TL; dan sebagai catu daya cadangan ketika suplai listrik dari PLN terputus.