MEDAN ELEKTROMAGNETIK

KAPASITOR

Disusun Oleh :

Maria Gusti Agung Ayu Permata

1404405084

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2015

BAB I

PENDAHULUAN

1. Pengertian Kapasitor Secara Umum

Kapasitor (kondensator) adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di

dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari

muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad dengan lambang

huruf “C”.

Umumnya kapasitor dibuat dengan dua buah lembeng logam yang

bersejajar anatara satu dengan yang lainnaya, kemudian diantara dua logam

tersebut ada bahan isolator yang biasanya disebut dengan bahan dielektrik.

Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan

negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.

Gambar 1.1 Lambang kondensator yang mempunyai kutub

Jenis yang lain kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak

mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat

pipih berwarna coklat, merah, hijau, dan lainnya seperti tablet atau kancing baju.

Gambar 1.2 Lambang kondensator yang tidak mempunyai kutub

Cara kapasitor menyimpan energi dengan dikumpulkannya ketidak-

seimbangan internal dari muatan listriknya. Apabila sebuah rangkaian diberikan

suatu tegangan, maka elektron menjadi mengalir ke kapasitor. Disaat kondensator

ini telah penuh oleh muatan elektron, tegangannya akan berproses atauu berubah.

Kemudian elektron tersebut keluar dari kapasitor dan berjalan menuju rangkaian

yang memerlukannya. Dengan demikian maka komponen ini bisa membuat suatu

rangkaian menjadi bangkit daya reaktifnya.

Kapasitor berfungsi sebagai kopling diantara satu rangkaian tertentu

dengan rangkaian lainnya di power supply, sebagai penyaring / filter di dalam

rangkaian power supply, sebagai pembangkit gelombang/frekuensi, untuk

penghemat daya listrik pada lampu neon, untuk mencegah terjadinya loncatan

listrik, menghidupkan mesin mobil, dan untuk pemilih panjang

frekuensi/gelombang yang akan ditangkap pada pesawat penerima radio.

BAB II

LANDASAN TEORI

2. Dasar Teori

2.1. Prinsip Kerja Kapasitor

Kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan

listrik dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan adalah keramik, kertas,

mika, dan lain-lain. Prinsip dasar kapasitor adalah jika kedua ujung plat metal

diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpulkan pada

salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan

negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat

mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa

menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh badan dielektrik yang non-

konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-

ujung kakinya.

Gambar 2.1 Prinsip Dasar Kapasitor

Pada dasarnya kapasitor hanya terdapat dua siklus, yaitu siklus pengisian

dan pengosongan. Secara teori ketika kedua logam konduktor yang melalui

sebuah dielektrikkum dialiri oleh sebuah arus listrik, maka salah satu kaki

kapasitor yang menempel pada arus negatif akan terdapat banyak elektron,

sebaliknya pada kaki kapasitor yang menempel pada kutub positif akan

kehilangan banyak elektron. Hal tersebut diakibatkan oleh adanya dielektrik yang

berada diantara kedua kaki kapasitor sehingga arus dari muatan positif ke muatan

negatif tidak akan mengalir. Muatan ini akan tertahan (tersimpan) pada kedua

ujung dielektrik kapasitor, pada saat seperti ini kapasitor dalam keadaan siklus

pengisian muatan. Proses ini jika diibaratkan seperti fenomena terkumpulnya

muatan-muatan listrik dan negatif yang terjadi pada awan sebelum terjadinya

petir.

Sebuah kapasitor dapat dilalui oleh arus AC tergantung dari nilai

kapasitansinya. Semakin kecil nilai kapasitantsi dari kapasitor yang dilalui oleh

arus AC maka semakin kecil pula arus yang mengalir melewatinya. Pada

kapasitor yang dilalui arus DC, arudnya akan tertahan pada pinggiran

dielektrikum yang dilaluinya. Semakin keccil nilai kapasitansi dari kapasitor yang

dilalui oleh arus DC, maka arus yang dilaluinya akan semakin kecil pula. Sebuah

kapasitor yang telah diberikan muatan listrik pada waktu tertentu kemudian

dilepaskan kembali, maka di dalam kapasitor tersebut tersimpan muatan listrik

sesuai dengan nilai kapasitansi kapasitor tersebut. Semakin besar nilai

kapasitansinya, maka jumlah muatan yang dapat disimpan juga semakin besar dan

biasanya hal ini akan berbanding lurus dengan waktu pengosongannya. Adapun

sifat-sifat kapasitor adalah dapat menyimpan dan mengosongkan muatan listrik,

tidak dapat mengalirkan arus searah, dapat mengalirkan arus bolak-balik, untuk

arus AC berfrekuensi rendah, dan kapasitor dapat menghambat arus.

2.2. Jenis-Jenis Kapasitor

Kapasitor tersiri dari beberapa jenis, yaitu jenis kapasitor berdasarkan dari

bahan dielektriknya, jenis kapasitor berdasarkan polaritasnya, dan berdasarkan

penentuan nilainya.

2.2.1. Jenis Kapasitor Berdasarkan Bahan Dielektrikum

Dielektrikum adalah bahan yang memisahkan dua plat kapasitor. Ada

beberapa bahan dielektrikum yang umum dipakai pada kapasitor seperti keramik,

polyester, kertas, metal film dan elektrolit. Berikut ini contoh beberapa jenis

kapasitor berdasarkan dielektrikumnya yang umum diapakai dalam praktek

sehari-hari sebagai berikut:

Gambar 2.2 Jenis Kapasitor Berdasarkan Polaritasnya

a. Kapasitor Keramik

Kapasitor keramik adalah kapasitor dengan bahan dielektrikum atau

bahan isolatornya terbuat dari keramik. Kapasitor jenis ini banyak

digunakan pada aplikasi frekuensi tinggi seperti pada pemancar dan

penerima radio. Kapasitor keramik yang ada dipasaran biasanya

memilki kisaran nilai antara 1 piko Farad (1 pF) sampai 100 nano

Farad (100 nF). Bentuk kapasitor keramik yang umum adalah bulat

pipih seperi cakram dengan warna didominasi oleh warna coklat atau

hijau,

Gambar 2.3 Kapasitor Keramik

b. Kapasitor Polyester

Kapasitor polyester adalah kapasitor dengan bahan dielektrikum

polyester. Kapasitor polyester banyak dipakai pada rangkaian audio.

Kapasitor polyester memilki bentuk segiempat pipih seperti permen.

Warna kapasitor polyester yang umum digunakan adalah hijau, merah,

dan putih. Kapasitor polyester yang ada dipasaran pada umumnya

memiliki nilai antara 1 nF sampai 1µF.

Gambar 2.4 Kapasitor Polyester

c. Kapasitor Elektrolit

Kapasitor elektrolit adalah kapasitor dengan bahan dielektrikum cairan

elektrolit. Dalam praktek sehari-hari, kapasitor elektrolit sering disebut

dengan elco. Bentuk kapasitor elektronika yang umum dijumpai dalam

praktek sehari-hari adalah berbentuk bulat panjang seperti tabung

dengan pemasangan kaki, ada yang dua kaki ditaruh pada sati sisi dan

ada yang dibagi masing kaki di taruh pada keuda sisi. Kapasitor

elektrolit memiki nilai antara 0,1 µF sampai 1 F.

Gambar 2.5 Kapasitor Elektrolit

Kapasitor jenis ini banyak dipakai pada rangkaian power supply

khususnya kapasitor elektrolit dengan polaritas yanitu digunakan

sebagai filter tegangan DC hasil penyearah dari tegangan AC.

Kapasitor elektrolit juga banyak dijumpai pada rangkaian audio, yaitu

berfungsi sebagai penguhubung atau koplinng antar penguat transistor

atau op-amp.

2.2.2. Jenis Kapasitor Berdasarkan Polaritasnya

Polaritas adalah definisi arah atau kutub pada sebuah titik. Maksud dari

polaritas pada kapasitor adalah penentuan titik positif dan negatif pada

penggunaan. Dengan ditentukan atau tidak ditentukan polaritasnya akan dipakai

sebagai acuan saat perancangan dan pemasangan kapasitor pada rangkaian.. ada

tiga jenis kapasitor yang dibedakan berdasarkan jenisnya, yaitu kapasitor polar,

non-polar, dan bipolar.

a. Kapasitor Polar

Kapasitor polar adalah kapasitor yang memilki polaritas. Berbeda

dengan kapasitor non-polar, kapasitor jenis ini tidak boleh

pemasangannya dalam rangkaian. Contoh kapasitor polar adalah

kapasitor elektrolit dan tantalum. Kapasitor ini memiliki polaritas

karena bahan dielektrikumnya memang memilki polaritas, sehingga

dalam penggunaannya juga harus diperhatikan dengan benar

polaritasnya.

b. Kapasitor Non-Polar

Kapasitor non-polar adalah kapasitor yang tidak mempunyai polaritas.

Dalam rangkaian, pemasangan kapasitor jenis ini boleh terbalik.

Contoh kapasitor jenis nonpolar adalah kapasitro keramik dan

polyester. Kapasitor non-polar terjadi karena bahan-bahan yang

digunakan memangt tidak memiliki polaritas ion positif maupun

negatif sehingga tidak memunculkan polaritas tertentu.

c. Kapasitor Bipolar

Kapasitor bipolar mirip dengan non-polar karena kapasitor bipolar

boleh dipasang secara terbalik seperti kapasitor non-polar. Kapasitor

ini dikatakan kapasitor bipolar karena kapasitor ini memang

memmiliki dua polaritas, dan ini terkait dengan bahan dielektrikum

yang digunakan, yaitu elektrolit.

2.2.3. Jenias Kapasitor Berdasarkan Penentuan Nilainya

Kapasitor yang dibedakan berdasarkan penetuan nilainya adalah kapasitor

yang memilki nilai kapasitansi yang dinyatakan dalam satuan Farad. Berdasarkan

penentuan nilainnya, kapasitor dibedakan menjadi tiga yaitu kapasitor tetap,

kapasitor variabel dan varaktor.

a. Kapasitor Tetap

Kapasitor tetap adalah kapasitor yang memiliki nilai tetap. Kapasitor

ini memilki suatu nilai dengan toleransi tertentu. Nilai kapasitor tetap

tidak akan berubah selama pemakaian kecuali terjadi kerusakan.

Gambar 2.6 Contoh Kapasitor Tetap

b. Kapasitor Variabel

Kapasitor variabel adalah kapasitor dengan nilai yang dapat diatur atau

diubah. Biasanya nilai kapasitor diubah dengan mengatur besarnya

dielektrikum atau mengatur besarnya luas penampang dari plat

konduktor. Ada dua jenis kapasitor variabel yaitu kapasitor variabel

dan kapasitor trimmer.

Gambar 2.7 Contoh Kapasitor Variabel

Variabel Kapasitor atau Variable condensator atau dapat disingkat

Varco adalah kapasitor variabel yang nilainya diubah dengan cara

memutar as menggunakan tangan. Varco yang terbuat dari logam

dengan ukuran yang lebih besar dan pada umumnya digunakan untuk

memilih gelombang frekuensi pada rangkaian radio (digabungkan

dengan spul antena dan spul osilator). Nilai kapasitansi varco berkisar

antara 100 pF sa,pai 500 pF. Sedangkan kapasitor trimmer adalah

kapasitor variabel yanng memiliki bentuk lebih kecil sehingga

memerlukan oben trim untuk memutar poros pengaturnya. Contoh

penggunaan kapasitor variabel yang umum dijumpai adalah pada

pemacar dan penerima radio. Disini kapasitor variabel digunakan

untuk mengatur frekuensi resonansi dari penguar RF dan menentukan

frekuensi output rangkaian osilator.

c. Varaktor

Komponen ini sebenarnya merupakan jenis komponen dioda karena

memiliki nilai kapasitansi maka varaktor dimasukkan kedalam jenis

kapasitor yang digolongkan berdasarkan penentuan nilainya. Caraktor

mempunyai kapasitansi tertentu yang berubah seiring dengan tegangan

bias yang diberikan kepadanya. Dengan kelebihan ini maka varaktor

bisa diaplikasi pada sistem penala digital seperti yang diterapkan pada

sistem komunikasi modern.

2.3. Pengukuran Kapasitor

Kapasitor diukur berdasarkan satuan yang disebut “faras” (dilambangkan

dengan simbol “F”). Satuan ini meneteapkan berapa banyak elektron yang dapat

disimpan oleh kapasitor. 1 Farad menyatakan jumlah elektron yang sangat

banyak. Kapasitor diukur dengan satuan “mikroFarad (µF)”

Selain diukur dalam saruan farad, kapasitro memiliki rating tegangan

maksimum yang dapat ditanganinya. Ketika mengganti kapasitor, jangan

menggunakan kapasitor dengan rating tegangan yang lebih rendah. Ada tiga

faktor yang menentukan kapasitas sebuah kapasitor, yaitu:

a. Luas pelat-pelat yang memiliki daya konduksi

b. Jarak di antara pelat-pelat yang memiliki daya konduksi

c. Bahan yang digunakan sebagai dielektrik.

Kapasitor yang bermuatan dapat mengirimkan energi simanannya sama

seperti yang dapat dilakukan oleh baterai. Ketika digunakan untuk

mengalirkan arus walaupun dalam jumlah kecil, kapasitor memiliki

potential untuk menyimpan tegangan sampai beberapa mingu lamanya.

2.3.1. Kapasitansi

Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk

dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad ke-18 menghitung

bahwa 1 coulomb = 6,25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat

postulat bahwa “ sbeuha kapasitor akan memiliki sebesar 1 Farad jika dengan

tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektorn sebanyak 1 coulomb.” Dengan

rumus dapat ditulis :

Q=C .V ..............................................(2.1)

Keterangan :

Q = Muatan elektron dalam C (coulomb)

C = Nilai kapasitansi dalam F (farad)

V = Besar tegangan dalam V (volt)

Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan

mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal

dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektirk. Dengan rumusan dapat ditulis

sebagai berikut:

C=(8,85 x10−12) (kA / t) ........................(2.2)

Gambar 2.8 Kapasitas Kapasitor

Bila luas masing-masing keping A, maka medan listrik :

E= σεo

Qε o A ..................................................(2.3)

Tegangan antara kedua keping:

V=E .d= Qεo A

. d .........................................(2.3)

Jadi kapasitas kapasitro untuk ruang hampa adalah :

C=QV

=εoAd ..............................................(2.4)

Bila didalamnya diisi bahan lain yang mempunyai konstanta dielektrik K,

maka kapasitasnya menjadi sebagai berikut:

C=K εoAd ...............................................(2.4)

Hubungan antara C0 dan C adalah sebagai berikut:

C = KC0 karena ε=K εo

Kapasitas kapasitor akan berubah harganya bila : K, A dan d diubah.

Dalam hal ini C tidak tergantung Q dan V, hanya merupakan perbandingan yang

tetap saja. Artinya meskipun harga Q diubah-ubah harga C tetap.

a. Kapasitas Kapasitor Keping Sejajar

Kapasitor keping sejajar terdiri dari dua keping konmduktor yang

luasnya sama dan dipasang sejajar. Kapasitasnya dirumuskan sebagai berikut:

C=QV

, karena v= Q . dA . εo

....................................(2.5)

C= QQ .dA . ε o

.................................................(2.6)

Sehingga diperoleh rumus kapasitas kapasitro keping sejajar:

C=ε oAd .................................................(2.7)

Keterangan :

C = Kapasitas kapasitor (farad)

ε o = Permitivitas ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/ N. m2)

A = Luas pengampang masing-masing keping (m2)

D = Jarak antar keping

Persamaan diatas berlaku jika antara keping berisi udara, tetapi apabila

antara kepingnya diisi dengan medium dielektrik lain seperti miak, porselen, atau

keramik yang mempunyai koefisien dielektrikum K, maka persamaannya menjadi:

C=K . εoAd .................................................(2.8)

C=ε . Ad .................................................(2.9)

Dimana ε=ε o . K

b. Kapasitas Kapasitor Bola

Kapasitor bola adalah kapasitor yang berbtentuk bola berongga dengan

jari-jari tertentu. Kapasitas kapasitor bola tidak tergantung pada muatan dan beda

potensial kapasitor. Perhitungan kapasitansi pada bola sebgai berikut:

Untuk mencari beda potensial pada bola menggunakan persamaan

berikut ini :

V=k . qR .................................................(2.10)

Untuk mencari nilai kapasitas kapasitor bola menggunakan persamaan

berikut ini:

C= qR

=4 . π . εo . R .....................................(2.11)

C=4 . π . εo . R .........................................(2.12)

2.3.2. Susunan Kapasitor

a. Susunan Kapasitor Paralel

Rangkaian paralel kapasitor adalah rangakaian yang terdiri dari 2 buah

atau lebih kapasitor yang disusun secara berderet atau berbentuk paralel. Dengan

menggunakan rangkaian paralel kapasitor ini dapat menemukan nilai kapasitansi

pengganti yang diinginkan. Beberapa kapasitor disusun paralel apabila keping-

keping kapasitor yang bermuatan dengan kutub positif sumber tegangan dan kutub

negatif dijasikan satu dihubungkan dengan kutub positif sumber tegangan dan

kutub negatif dijadikan satu dihubungkan dengan kutub positif sumber tegangan

dan kutub negatif dijadikan satu dihubungkan dengan kutub negatif sumber

tegangan seperti tampak pada gamabr berikut:

Gambar 2.9 Rangakaian Paralel Kapasitor

Tiga buah kappasitor yang kapasitasnya masing-masing C1, C2, C3,

disusun paralel dan dihubungkan dengan sumber tegangan yang mempunyai beda

potensial V. Ketiga buah kapasitor itu dapat diganti dengan sebuha kapasitor yang

dapat disebut kapasitor pengganti hubungan paralel dan diberi lambang CP.

Besarnya kapasitas kapasitor pengganti hubungan paralel dapat dicari sebagai

berikut; pada masing-masing kapasitor yang dihubungkan paralel memiliki beda

potensial yang sama karean pada masing-masing kapasitor terhubung langusng

dengan sumber tegangan, akan tetapi muatan pada masing-masing kapasitor

berbeda. Besarnya muatan total susunan kapsitor tersbeut merupakan jumlah

masing-masing muatan dalam kapasitor penyusunannya. Misalkan muatan listrik

pada masing-masing kapasitor itu Q1, Q2, Q3 serta beda potensial pada masing-

masing kapasitor itu V1V2, dan V3 maka berlaku :

Q = Q1 + Q2 + Q3 dan V1 = V2 = V3 = V

Besarnya muatan masing-masing kapasitor berturut-turut:

Q1 = C1V, Q2 = C2V, Q3 = C3V dan Q = CPV

CPV = C1V + C2V + C3V

CPV = (C1 + C2 + C3)V

CP = (C1 + C2 + C3)

Jadi rumus dari rangkaian paralel kapasitor adalah :

Ctotal = C1 + C2 + C3+ ...+Cn............................(2.13)

Persamaan diatas menyatakn hubungan nilai kapsitas kapasitor pengganti

susunan paralel terhadap kapasitas kapasitor penyusunnya. Berdasarkan

persamaan ini terlihat bahwa nilai kapasitas kapasitor pengganti hubungan paralel

selalu lebih besar dari kapasitas kapasitor penyusunnya. Kapasitor yang

dihubungkan paralel, tagangan antara ujung-ujung kapasitor adalah sama yaitu

sebesar V.

b. Susunan Kapasitor Seri

Susunan seri diperoleh dengan saling menghubungkan elketroda-

elektroda (kaki-kaki kapasitor secara berurutan seperti tampak pada gambar

dibawah. Tiga buah kapasitor yang kapsitasnya masing-masing C1, C2, dan C3

disusun seri dan dihubungkan sengan sumber tegangan yang mempunyai beda

potensial. Ketiga buah kapasitor itu bisa diganti dengan sebuah kapasitor yang

dapat disebut kapasitas kapasitor pengganti hubungan seri dapat dicari sebgai

berikut :

Gambar 2.10 Rangkaian Seri Kapasitor

Pada kapasitor yang dihubungkan seri, besarnya muatan yang

terkandung pada tiap kapasitor adalah sama, karena muatan pada tiap keping

kapasitor yang saling berdekatan saling meniakan. Oleh karena itu, pada kapasitor

yang disusun seri berlaku :

V 1=QC1

,V 2=QC2

, dan V s=QC s

.........................(2.14)

Sedangkan tegangan sumber V sama dengan jumlah teganan pada

masing-masing kapasitor. Apabila masing-masing beda potensial kapasitor itu

berturut-turut V1, V2, dan V3 maka:

V = V1 + V2 + V3

QC s

= QC1

+ QC2

+ QC3

Jadi rumus dari rangkaian seri kapasitor adalah :

CTotal=1

C1+ 1

C2+ 1

C3+…+ 1

Cn ...................(2.15)

Persamaan diatas menyatakan hubungan nilai kapasitas kapasitor

pengganti susunan seri terhadap kapasitas kapasitor penyusunannya. Kapsitor

yang dihubungkan seri akan mempunyai muatan yang sama.

2.4. Dielektrik

Dielektrik adalah suatu lempengan tipits yang diletekkan diantara kedua

pelat kapasitor. Jika diantara keping postif dan keping negatif diisi dengan bahan

dielektrik (isolator), kuat medan listirk diantara keping akan menurun dan

kapasitansi akan naik. Suatu material non-konduktor seperti kaca, kertas, aris atau

kayu disebut dielektrik. Ketika ruang diantara dua konduktor pada suatu kapasitor

diisi dengan dielektrik, kapasitans naik sebanding dengan faktor k yang

merupakan karakteristik dielektrik dan disebut sebagai konstanta dielektrik.

Keniakan kapasitans disebabkan oleh melemahnya medan listrik diantara keping

kapasitor akibat kehadiran dielektrik. Dengan demikian, untuk jumlah muatan

tertentu pada keping kapasitor , beda potensial menjadi lebih kecil dan kapasitans

dari kapasitor akan bertambah besar (Tipler,1991).

Gambar 2.11 Bahan Dielektrik

Jika medan listirk awal antara keping-keping suatu kapasitor tanpa

dielektrik adalah E0 dengan k sebagai konstanta dielektrik, maka medan dalam

dielektrik adalah :

Ed=E0

k ..........................................(2.16)

Jika medan listirk akibat muatan terikan pada permukaan dielektrik adalah

Ei, maka total medan elektrik kapasitor adalah :

Ed=E 0−E i ..........................................(2.17)

Semakin kuat E0, maka semakin kuat pula Ei, sehingga Ei dapat dinyatakan

sebanding dengan E0 yang berati pula Ei sebanding dengan Ed (Soedojo, 2000)

sehingga dapat dituliskan menjadi:

Ei= χe E d ..........................................(2.18)𝜒𝑒 (chi) adalah besaran tanpa dimensi yang disebut kerentanan listirk bahan

atau respin bahan terhadap medan listrik eksternal. Kemudian dengan

mensubtitusikan persamaan (2.18) ke persamaan (2.17), akan didapat hubungan :

Ed=E 0− χe E d ..........................................(2.19)

Sehingga,

Ed=E 0

1+ E 0 ..........................................(2.20)

Untuk satuan kapasitor keping sejajar dengan jarak pemisah di besarnya

beda potensila (V0) antara keping sebagai berikut:

E0=V 0

d0 ..........................................(2.21)

Ketika terdapat bahan dielektrik diantara plat kapasitor, besarnya potensial (Vd).

E0=V d

d1 ..........................................(2.22)

Sehingga dengan mensubtitusikan persmaaan (2.21) dan (2.22) ke dalam

persamaan (2.20), maka akan diperoleh persamaan berikut:

V d=( 11+ χe ) d1

d0V 0 ..........................................(2.22)

Dengan:

V0 = beda potensial pada kapasitor keeping sejajar (volt)

Vd = beda potensial pada bahan yang terpolarisasi (volt)

d0 = jarak antara keeping (meter)

d1 = tebal bahan (meter)

Persamaan (2.22) merupakan persamaan yang digunakan sebagai konversi

nilai tegangan keluaran menjadi nilai-nilai kerentangan listirk (𝜒𝑒). Alasan penggunaan dielektrik memungkinkan untuk aplikasi tegangan yang lebih tinggi (sehingga lebih banyak muatan), memungkinkan untuk memasang pelat menjadi lebih dekat (membuat d lebih kecil), dan memperbesar nilai kapasitansi C karena K > 1.2.5. Konstanta Dielektrik

Konstanta dielektrik atau permitifitas listrik relatif adalah sebuah konstanta

dalam ilmu fiika. Konstanta ini melambangkan rapatnyafluks elektrostatistik

dalam suatu bahan bila diberi potensial lisstrik, sehingga merupakan perbandingan

energi listrik yang terseimpan pada bahan tersebut jika diberi sebuah potensial

relatif terhadap vakum (ruang hampa). Permitifitas relatif dari sebuah medium

berhubungan dengan kerentanan listriknya 𝜒𝑒 yang dinyatakn melalui persamaan

berikut:

k = 1 + 𝜒𝑒...............................................(2.23)

Dengan menggabungkan persamaan (2.22) dan (2.23), maka akan

diperoleh suatu nilai konstanta dielektrik dari suatu bahan, dengan persamaan

umum :

k=(V 0

V d) .

d1

d2 .....................................................(2.24)

Bahan dielektrik pada suatu kapasitor menghambat aliran arus antar

platnya. Berbagai bahan digunakan untuk dielektrik seperti ditunjukkan pada tabel

2.1.Tabel 2.1 Nilai Konstanta Dielektrik Suatu Bahan

Bahan Konstanta Dielektrik

Vakum 1

Udara 1,006

Mik 3-6

Kayu 2-8

Air 80,37

Logam ~

Minyak 1,75

Nilai bahan dielektrik berdasarkan kemampuannya untuk mempengaruhi

gaya elektrostatis pada suhu tertentu yang disebut dielektrik konstan. Kemampuan

dari dielektrik untuk mendukung gaya elektrostatis berbanding lurus dengan

dielektrik konstan. Kemampuan dkapasitor dalam menyimpan muatan disebut

kapasitansi (C). Kapasitansi diukur berdasarkan muatan (Q) yang dapat disimpan

pada suatu kenaikkan tegangan (V). Banyaknya muatan yang terdapat pada

kapasitor sebanding dengan tegangan yang diberikan oleh sumber.

BAB III

PEMBAHASAN

3. Fungsi Kapasitor dan Aplikasinya dalam Industri

3.1. Fungsi Kapasitor

Pada peralatan elektronika, kapasitor merupakan salah satu jenis

komponen elektronika yang palinng sering digunakan. Hal ini dikarenakan

kapasitor memiliki banyak fungsi sehingga hampir setiap rangkaian elekttronika

memerlukannya. Berikut adalah beberapa fungsi daripada kapasitro dalam

rangkaian elektronika:

1. Sebagai penyimpan arus atau tegangan listrik.

2. Sebagai konduktor yang dapat melewatkan arus AC (Alternating

Current).

3. Sebagai isolator yang menghambat arus DC (Direct Current).

4. Sebagai filter dalam rangkaian power supply (caru daya).

5. Sekagai kopling.

6. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangakain osilator.

7. Sebagai penggeser fasa.

8. Sebagai pemiliih gelombang frekuensi (kapasitor variabel yang

digabungkan dengan spul antena dan osilator).

3.2. Pengaplikasian Kapasitor Elektrolit sebagai Filter dalam Rangkaian

Power Supply

Power Supply merupakan salah satu bagian terpenting pada semua semua

peraltan elektronika. Rangkaian power supply bisa diibaratkan sebuah bagian

yang mensuplai energi agar suatu rangkaian elektronika dapat bekerja. Rangkaian

power supply sederhana terdiri dari sebuah transformator, rangkaian penyearah,

dan filter. Semua komponen ini memiliki fungsi-fungsi yang saling berkaitan satu

sama lain. Sebenarnya power supply yang paling baik adalah berasal dari baterai.

Power suupply dari baterai benar-benar terbebas dari dengung yang berasal dari

tegangan AC. Namun begitu, satu-satunya kelemahan baterai yang meembuat

orang berpindah untuk membuat power supply yang berasal dari tegangan PLN

adalah karena kapasitas baterai yang terbatas dan tidak ekonomis, sedangkan

power supply yang menggunakan tegangan dari PLN bisa tahan ssampai

kapanpun selama kualitas komponennya baik dan jaringan listrik PLN terus

terhubung.

Gambar 3.1 Rangakaian Power Supply Sederhana

Rangkaian power supply sepeti yang ditunjukkan gambar diatas terdiri dari

bagian penurunan teganan (step-down), penyearah, dan filter. Transformator atau

trafo (TI) berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik PLN 220 V AC menjadi

tegangan rendah AC yang diinginkan. Dalam hal ini contoh rangkaian diatas

adalah menggunkan output trafo 12 Volt AC. Setelah tegangan AC 220 V yang

diturunkan menjadi 12 V, selanjutnya tegangan AC ini disearahkan dengan

menggunakan empat buah dioda silikon. Dioda silikon ini akan menyearahkan

tegangan AC menjadi DC. Khusus untuk keperluan penyearahan (rectifier),

keempat buah dioda ini dapat diganti dengan dioda bridge. Pada dioda bridge

keempat buah dioda yang berfungsi sebagai penyearah sudah dikemas dalam satu

kemasan dan rata-rata dioda bridge ini berbentuk kotak. Setelah disearahkan

dengan dioda, arus output AC dari trafo sudah berubah menjadi DC, namun arus

DC pada output dioda masih tidak murni karena separuh fasa positif dari tegangan

AC ikut keluar. Untuk mengatasi hal ini, digunakan sebuah kapasitor elektrolit

yang akan menurunkan puncak fasa dari fasa positif yang keluar dari dioda.

Akibat dari pemasangan kapasitor elektrolit tersebut sebagai filter,

tegangan DC akan menjadi lebih halus dan bersih, namun konsekuensinya efek

dari pengisian dan pengosongan kapasitor elektrolit akan menaikkan tegangan

yang asalnya 12 VAC menjadi sekitar VDC. Setelah melewati filter, rangkaian

power supply ini sudah dapat dipergunakan untuk keperluan umum seperti motor

DC arus kecil, radio, amplifier, dan lain-lain.

Kapasitor elektolit digunakan untuk rangkaian filter dan kopling sebuha

penguat atau amplifier. Kapasitor jenis elektrolit ini dipilih sebagai penyaring

(filter) karena biasnaya elektrolit memiliki nilai kapasitas paling tinggi diantara

jenis kapasitor lainnya. Fungsi kapasitor pada power supply ini sangat penting

untuk menyempurkan penyearahan dari tegangan AC ke DC, dan meredam

dengung dari tegangan AC power supply.

Dalam menyearahkan arus AC ke DC biasanya menggunakan sebuah filter

(penyaringan), yang biasanya menggunakan filter kapasitor.

Gambar 3.2 Rangkaian Filter Kapasitor

Gambar 3.2 memperlihatkan rangkaian penyearah setengah gelombang

dengan filter kapasitor. Pada waktu dioda konduksi, kapasitor terisi sampai

tegangan maksimum. Pada waktu V menurunkan tegangan sumber menjadi lebih

kecil dari tegangan kapasitor dan dioda tidak konduksi, VC = Vr. Kapasitor

melepaskan muatannya melalui R dan selama pelepasan muatan ini kita

mempunyai loop tertutup RC seri. Untuk loop ini berlaku :

vR=vC=RiR=R (−iC )=−RCdvc

d t→ RC

d vc

d t+vc=0 ......(3.1)

Persamaan diferensial ini memberikan :

dc c

d t=

−1RC dt →I nvc=

−1RC t+K → vc K 1e

−( 1RC )t

..........(3.2)

Nilai K1 ditentukan oleh nilai awal tegangan kapasitor yaitu pada saat ia

mulai melepaskan energinya yang hampir sama besar dengan tegangan maksimum

yang dicapai sesaat sebelum dioda berhenti konduksi, yaitu Vm. Jadi VC = Vm e -

(1/RC)t. Dioda akan kembali kondisi makala V > VC. Jika Vr = Vm sin ωt, maka

tegangan pada R adalah :

Pada waktu dioda konsuksi:

Vr = VC = Vm sinωt ...........................................(3.3)

Pada waktu dioda tak konduksi :

Vr = VC = Vm e-(1/RC)t ........................................(3.4)

Gambar 3.3 Hasil Gelombang Filter RC

Dengan menambahkan kapasitor, riak tegangan dapat diperkecil. Dapat

melihat bahwa tegangan kapasitor menurun sebesar ΔVc. Penurunan teganan ini

menunjukkan adanya pelepasan muatan sebesar CΔVc dan ini sama dengan

jumlah muatan yang ditransfer melaui R dalam selang waktu (T- ΔT), yaitu

sebesar Ias (T- ΔT). Dengan relasi ini dapat memperkirakan besarnya C yang

diperlukan untuk membatasi tegangan (membatasi ΔVc).

BAB IV

ANALISA

4. Analisa Pemanfaatan Kapasitor

4.1. Pemanfaatan Kapasitor Secara Umum

Pemanfaatan kapasitor secara umum yaitu pada rangkaian elektronik, baik

yang sederhana maupun kompleks. Kapasitor secara umum berfungsi sebagai

penyimpan muatan atau energi listrik pada jangka waktu tertentu. Fungsi

kapasitor biasanya sesuai degnan karakteristik kapasitor tersebut, misalkan

kapasitor kertas dan keramik banyak digunakan pada rangkaian radio frekuensi

seperti osilator, pemancar, dan receiver.

4.2. Pemanfaatan Kapasitor Pada Industri

Pemanfaatan kapasitor pada industri salah satunya adalah kapasitor bank.

Kapasitor bank adalah beberapa sekumpulan kapasitor yang dihubungkan paralel

dengan rangkaian beban. Bila rangkaian itu diberi tegngan maka elektron akan

mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh dengan muatan elektron

maka tegangan akan berubah. Kemudian elektron akan ke luar dari kapasitor dan

mengalir ke dalam rangkaian yang memerlukannya dengan demikian pada saat itu

kapasitor membangkirkan daya reaktif.

Gambar 4.1 Single Kapasitor

Bila tegnagan yang berubah itu kembali normal (tetap) maka kapasitor

akan menyimpan kembali elektron. Pada saat kapasitor mengeluarkan elektron

(IC) berarti sama juga kapasitor menyuplai daya reaktif ke beban. Dikarenakan

beban bersifat (+) sedangkan daya reaktif bersifat kapasitif (-) akibatnya daya

reaktif yang berlaku menjadi kecil.

Secara umum beban yang sering digunakan, terutama pada indutri adalah

beban induktif, seperti motor listrik, lampu TL, heater, dsb. Dengan adanya beban

induktif ini menyebabkan nilai cos phi yang rendah. Standar dari PLN adalah

minimal 0,85. PLN akan membebankan biaya kelebihan pemakaian kVARh pada

pelanggan, jika faktor daya (cos phi) nya kurang dari 0,85.

Untuk memperbaiki faktor daya ini, maka digunakna kapasitor bank yang

berfungsi sebgai kompensator dari beban-beban induktif. Dalam memperbaiki

nilai cos phi ini, diperlukan sebuah alat kontrol automatis yaitu Reactive Power

Regulator.

Selain itu fungsi lain dari pemasangan panel kapasitor bank adalh

menghilangkan denga / kelebihan biaya (kVARh), dan manfaat dari pemasangan

kapasitor bank antara lain:

1. Menghindari kelebihan beban transformer/trafo overload.

2. Menghindari kenaikan arus / suhu pada kabel.

3. Memaksimalkan pemakian daya yang terpasang (KVA).

4. Menghindari voltaage drop pada line end.

5. Meningkatkan kualitas sumber daya listrik. Memelihara peralatan/

perangkat electirc yang terpasang.

BAB V

KESIMPULAN

Dari analisa yang telah dilakukan didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Kapasitor adalah perngakat komponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan energi listrik didalam medan listrik dalam jangka tertentu dan terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (dielektrik).

2. Kapasitor bukan alat untuk menghemat energi atau kWh, tetapi alat untuk menurunkan arus listrik yang mengalir, dengan cara memperbaiki faktor daya.

3. Kapasitor bank merupkan salah satu pemanfaatan kapasitor pada industri, kapasitor bank adalah beberapa sekumpulan-sekumpulan kapasitor yang dihubungkan paralel dengan rangkain beban yang manfaat pemasangannya untuk menghindari kelebihan beban trafo, menghindari kenaikan arus, dan emamksimalkan pemakaian daya.

4. Dielektrik adalah suatu bahan yang memilki daya hantar arus yang sangat kecil bahkan hampir tidak ada, dielektrik adalah sejenis bahan isolator listrik yang dapat dikutubkan dengan cara menempatkan bahan elektrik dalam medan listrik. Dielektrik bahan isolator yang diselipkan diantara keping kapasitor.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.2013. Filter. http://elektronika-dasar.web.id/filter-tapis-dalam-penyearah-gelombang-rectifier/. Diakses tanggal 18 Desember 2015.

Anonim. 2013. Kapasitor Bank. http://electric-mechanic.blogspot.co.id/2012/09/kapasitor-bank-industri.html. Diakses tanggal 18 Desember 2015.

Dika, M. 2007. Kompoen-Komponen Telepon Selular. http://elektronika-elektronika.blogspot.co.id/2007/03/komponen-komponen-telepon-selular-hp.html . Diakses tanggal 18 Desember 2015.

Nasution, F. 2014. Kapasitor. http://ini-robot.blogspot.co.id/2014/01/kapasitor.html. Diakses tanggal 18 Desember 2015.

Angga, R. 2015. Powerr Supply. http://skemaku.com/rangkaian-power-supply-sederhana/. Diakses tanggal 18 Desember 2015.