Postingan ini membahas contoh soal kapasitor dan pembahasannya atau penyelesaiannya. Kapasitor adalah sebuah piranti yang berguna untuk menyimpan muatan listrik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan bergantung pada kapasitasnya atau kapasitansinya. Semakin besar kapasitas kapasitor berarti semakin besar muatan listrik yang dapat disimpan atau sebaliknya. Rumus kapasitas kapasitor sebagai berikut.
Kapasitor keping sejajar
Besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar yang memiliki luas penampang yang sama berbanding lurus dengan luas penampang keping dan berbanding terbalik dengan jarak antara dua keping serta tergantung pada bahan dielektrikum yang diselipkan diantara kedua keping tersebut. Rumus kapasitas kapasitor keping sejajar sebagai berikut.
Keterangan:
- C = kapasitas kapasitor (F)
- ε = εr . ε0 = permitivitas bahan
- εr = permitivitas relatif bahan
- ε0 = permitivitas ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/Nm2)
- A = luas penampang keping sejajar (m2)
- d = jarak dua keping (m)
Energi dalam kapasitor
Kapasitor yang dihubungkan dengan sumber tegangan akan menyimpan energi listrik yang disebut energi dalam kapasitor. Besarnya energi listrik yang tersimpan dalam kapasitor sama dengan usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan listrik dari sumber tegangan kedalam kapasitor tersebut. Rumus energi dalam kapasitor sebagai berikut.
E =Keterangan
- E = energi yang tersimpan dalam kapasitor (joule)
- Q = muatan listrik (C)
- V = beda potensial (V)
- C = kapasitas kapasitor (F)
Susunan kapasitor
Dua kapasitor atau lebih dapat disusun seri, paralel atau susunan campuran. Rumus susunan seri paralel kapasitor sebagai berikut.
Contoh soal 1
Sebuah kapasitor tersusun atas dua lempeng konduktor yang luasnya masing-masing 5 . 10-4 m2 dan terpisah pada jarak 0,8 m. Hitunglah kapasitas kapasitor tersebut apabila diantara kedua lempeng konduktor tersebut terdapat:
- udara
- bahan dielektrik dengan permitivitas relatif = 80
Pembahasan / penyelesaian soal
Jawaban soal 1C = εo
C = 55,3125 x 10-16 F
Jawaban soal 2:
C = ε
C = 8,85 x 10-12 . 80
C = 4,425 x 10-16 F
Contoh soal 2
Perhatikan faktor-faktor berikut:
- Konstanta Dielektrik
- Tebal pelat
- Luas pelat
- Jarak kedua pelat
Yang mempengaruhi besarnya kapasitas keping sejajar jika diberi muatan adalah…
A. 1 dan 2
B. 3 dan 4
C. 1, 2, dan 3
D. 1, 2 dan 4
E. 1, 3 dan 4
Pembahasan / penyelesaian soal
Berdasarkan rumus kapasitas kapasitor keping sejajar yaitu:
C = εMaka dapat disimpulkan kapasitas kapasitor keping sejajar dipengaruhi oleh konstanta dielektrik, luas pelat dan jarak kedua pelat. Jadi yang benar adalah pernyataan 1, 3, dan 4. Jawaban D.
Contoh soal 3
Sebuah kapasitor terbentuk dari dua lempeng aluminium yang luas permukaannya 1 m2, dipisahkan oleh selembar parafin yang tebalnya 0,1 mm dan konstanta dielektriknya 2. Jika ε0 = 9 x 10-12 C2/Nm2, kapasitas kapasitor tersebut adalah …
A. 0,35 μ F
B. 0,25 μF
C. 0,18 μF
D. 0,1 μF
E. 0,05 μF
Pembahasan / penyelesaian soal
C = εo εrC = 9 x 10-12 . 2
C = 18 x 10-8 F = 0,18 μF
Soal ini jawabannya C.
Contoh soal 4 (Ebtanas 1997)
Tabel dibawah ini menunjukkan besaran-besaran pada kapasitor plat sejajar.
| Kapasitor | Koefisien dielektrikum | Luas kepaing | Jarak keping |
|---|---|---|---|
| C1 | K | A | d |
| C2 | 2K | 2A | 1/2 d |
| C3 | 3K | A | d |
| C4 | 4K | 1/2 A | 2d |
| C5 | 5K | 1/2 A | d |
Kapasitor yang memiliki kapasitas terbesar adalah…
A. C1
B. C2
C. C3
D. C4
E. C5
Pembahasan / penyelesaian soal
Untuk menentukan kapasitas kapasitor terbesar tabel diatas kita menggunakan rumus:
→ C = ε→ C1 = K
→ C2 = 2K
→ C3 = 2K
→ C4 = 3K
→ C5 = 4K
Berdasarkan jawaban diatas, kapasitas kapasitor terbesar adalah C2. Jadi soal ini jawabannya adalah B.
Contoh soal 5
Sebuah kapasitor keping sejajar dengan luas keping 50 cm2, jarak antara keping 3,54 mm. Jika kapasitor tersebut diberi tegangan 500 V, maka besarnya energi kapasitor tersebut adalah …
A. 1,6 x 10-6 J
B. 2,5 x 10-7 J
C. 5,0 x 10-6 J
D. 5,0 x 10-7 J
E. 5,0 x 10-8 J
Pembahasan / penyelesaian soal
Hitung terlebih dahulu kapasitas kapasitor dengan menggunakan rumus dibawah ini.
C = εoC = 8,85 x 10-12 .
C = 12,5 x 10-8 F
Energi kapasitor dihitung dengan rumus dibawah ini.
- W = 1/2 . C. V2
- W = 1/2 . 12,5 x 10-8 F x (500 V)2
- W = 1,6 x 10-6 J
Soal ini jawabannya A.
Contoh soal 6 (UN 2013)
Perhatikan rangkaian kapasitor berikut ini
Energi yang tersimpan dalam rangkaian adalah….
A. 576 J
B. 288 J
C. 144 J
D. 72 J
E. 48 J
Pembahasan / penyelesaian soal
Untuk menjawab soal ini hitung terlebih dahulu konstanta gabungan kapasitor yang dirangkai paralel yaitu CP = 6 F + 3 F + 3 F = 12 F. Selanjutnya hitung kapasitor gabungan 5 kapasitor dengan rumus:
→→
→ Ctotal =
Jadi energi yang tersimpan dalam rangkaian sebagai berikut:
→ Ep = 1/2 . Ctotal V2.→ Ep = 1/2 . 2F. 242 = 576 J.
Jadi soal ini jawabannya A.
Contoh soal 7
Perhatikan rangkaian kapasitor berikut ini.
Besar energi listrik dalam rangkaian kapasitor gabungan ini adalah…
A. 0,6 x 10-3 J
B. 1,2 x 10-3 J
C. 1,8 x 10-3 J
D. 2,4 x 10-3 J
E. 3,0 x 10-3 J
Pembahasan / penyelesaian soal
Hitung terlebih dahulu kapasitas gabungan 3 kapasitor yang paling atas dengan rumus:
→→
→Cs =
Selanjutnya hitung 2 kapasitor yang dibawah dengan menggunakan rumus:
→→Cs = 1 µF.
Kapasitas gabungan 5 kapasitor Ctotal = 2 µF + 1 µF = 3 µF = 3 x 10-6 F. Dengan demikian energi yang tersimpan dalam rangkaian dihitung dengan cara:
→ Ep = 1/2 . Ctotal . V2.→ Ep = 1/2 . 3 x 10-6 . 402.
→ Ep = 2,4 x 10-3 J.
Jadi soal ini jawabannya D.
Contoh soal 8
Perhatikan gambar dibawah.
Setelah ujung A dan B dilepas dari sumber tegangan yang beda potensialnya 6 Volt, maka besar muatan pada C2 adalah…
A. 90 µC
B. 60 µC
C. 54 µC
D. 45 µC
E. 30 µC
Pembahasan / penyelesaian soal
Untuk menentukan besar muatan C2 kita hitung terlebih dahulu kapasitas gabungan ketiga kapasitor yang disusun seri diatas dengan cara:
→→
→ Cs =
Karena ketiga kapasitor disusun seri maka muatan pada C1 = C2 = C3 = C. Jadi muatan pada C2 :
→ C =→ Q = C x V = Cs . x.
→ Q = 5 µF x 6 Volt = 30 µC
Jadi soal ini jawabannya E.
Contoh soal 9 (Un 2016)
Perhatikan gambar rangkaian kapasitor dibawah ini.
Besar muatan total pada rangkaian adalah…
A. 9 µC
B. 25 µC
C. 180 µC
D. 188 µC
E. 200 µC
Pembahasan / penyelesaian soal
Untuk menentukan muatan total pada rangkaia, kita hitung dahulu kapasitas gabungan kelima kapasitor dengan cara dibawah ini.
→→ Cs =
→ Ctotal = 2 + 3 + 4 = 9 µF.
Dengan demikian muatan pada rangkaian dihitung dengan cara:
→ Q = Ctotal x V.→ Q = 9 µF x 20 V = 180 µF.
Jadi soal ini jawabannya C
Contoh soal 10
Lima kapasitor C1, C2, C3, C4 dan C5 disusun seperti gambar berikut.
Muatan pada C1 adalah…
A. 9 µF
B. 18 µF
C. 27 µF
D. 36 µF
E. 45 µF
Pembahasan / penyelesaian soal
Hitung kapasitas kapasitor rangkaian ditengah:
→→ Cs =
→ Ctengah = 2 + 7 = 9 µF
Selanjutnya kita hitung kapasitas gabungan semua kapasitor dengan cara dibawah ini
→→ Ctotal =
Jadi muatan pada C1 = Q1 = Ctotal x V = 3 x 6 = 18 µF. Jadi jawabannya B.
Contoh soal 11
5 kapasitor identik masing-masing 20 µF disusun seperti gambar dihubungkan dengan sumber tegangan 6 C.
Muatan total yang tersimpan pada kapasitor C5 adalah…
A. 12 µF
B. 24 µF
C. 60 µF
D. 120 µF
E. 600 µF
Pembahasan / penyelesaian soal
Soal ini jawabannya C.
Contoh soal 12
Perhatikan rangkaian dibawah ini.
Besar muatan pada C5 adalah…
A. 36 C
B. 24 C
C. 12 C
D. 6 C
E. 4 C
Pembahasan / penyelesaian soal
Soal ini jawabannya B.
Thanks
Komentar ditutup.