5. Kapasitor [Compatibility Mode] - File UPI

71 downloads 138 Views 857KB Size Report
Menghitung E (Hukum Gauss). Oleh Endi ... Hukum Gauss → E ≠ 0 hanya pada daerah a < r < b, ... 25. Beda potensial neto berubah yaitu ∆V = ∆V1 + ∆V2 ...
Perkuliahan Fisika Dasar II FI-331

Oleh Endi Suhendi

1

Menu hari ini (1 minggu):  Kapasitor

Oleh Endi Suhendi

2

Last Time: Potensial dan Konduktor

Oleh Endi Suhendi

3

Medan E dan Potensial: Sumber

Sebuah muatan titik q menghasilkan medan dan potensial disekitarnya: Gunakan superposisi untuk sistem banyak muatan Hubungannya: Oleh Endi Suhendi

4

Medan E dan Potensial: Efek Jika anda menempatkan sebuah partikel, q, dalam medan:

Untuk memindahkan sebuah partikel, q, dalam medan:

Oleh Endi Suhendi

5

Konduktor dalam Kesetimbangan Konduktor adalah objek equipotensial: 1) E = 0 di dalam 2) Muatan neto di dalam 0 3) E tegak lurus permukaan 4) Kelebihan muatan pada permukaan

Oleh Endi Suhendi

6

Kapasitor dan Kapasitansi

Oleh Endi Suhendi

7

Kapasitor: Penyimpan Muatan & Energi Listrik Kapasitor: dua konduktor terisolasi dengan muatan yang sama Q dan berbeda tanda dan beda potensial ∆V diantaranya.

Satuan: Coulomb/Volt atau Farad Oleh Endi Suhendi

8

Kapasitor Plat Sejajar

Oleh Endi Suhendi

9

Menghitung E (Hukum Gauss)

Oleh Endi Suhendi

10

Alternatif Pemecahan

Plat bagian atas:

Plat bagian bawah:

Oleh Endi Suhendi

11

Kapasitor Plat Sejajar

C hanya bergantung pada faktor geometri A dan d Oleh Endi Suhendi

12

Kapasitor Bola Dua kulit bola konsentrik berradius a dan b

Berapakah E?

Hukum Gauss → E ≠ 0 hanya pada daerah a < r < b, bentuk E mirip dengan yang dihasilkan oleh muatan titik:

Oleh Endi Suhendi

13

Kapasitor Bola

Untuk sebuah bola konduktor berradius a:

Oleh Endi Suhendi

14

Kapasitansi Bumi Untuk sebuah bola konduktor berradius a:

Satu Farad adalah sangat BESAR! Kita biasa menggunakan pF(10-12) atau nF(10-9) Oleh Endi Suhendi

15

Kapasitor Silinder Dua kulit silinder konsentrik berradius a dan b, tingginya l. Kulit Silinder dalam bermuatan total Q (λ uniform) dan kulit silinder luar bermuatan total - Q (λ uniform) Hitung Kapasitansi Sistem tersebut!

Oleh Endi Suhendi

16

Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor

Oleh Endi Suhendi

17

Energi untuk Memuati Kapasitor

1. Kapasitor awalnya tidak bermuatan. 2. Bawa +dq dari bawah ke atas. Sekarang atas memiliki muatan q = +dq, bawah –dq 3. Ulangi 4. Berhenti ketika atas memiliki muatan q = +Q, bawah -Q Oleh Endi Suhendi

18

Usaha yang Dilakukan untuk Memuati Kapasitor • Pada suatu saat tertentu, plat atas +q, bawah –q • Beda potensialnya adalah ∆V = q / C • Usaha yang dilakukan untuk membawa dq yang lain adalah dW = dq ∆V

Oleh Endi Suhendi

19

Usaha yang Dilakukan untuk Memuati Kapasitor Sehingga usaha yang dilakukan untuk menggerakkan dq adalah is:

Energi Total untuk memuati sampai q = Q:

Oleh Endi Suhendi

20

Energ yang Tersimpan dalam Kapasitor Karena

Dimanakah energi tersimpan??? Oleh Endi Suhendi

21

Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor Energi disimpan dalam Medan Listrik! Kapasitor plat sejajar:

Rapat Energi Medan Listrik Oleh Endi Suhendi

22

Batrei (Catu Daya) & Rangkaian Dasar

Oleh Endi Suhendi

23

Batrei (Catu Daya) Ideal

• Beda potensialnya tetap diantara ujung-ujungnya • Sumber muatan sebanyak muatan yang diperlukan

Oleh Endi Suhendi

24

Susunan Batrei Seri

Beda potensial neto berubah yaitu ∆V = ∆V1 + ∆V2 Oleh Endi Suhendi

25

Susunan Batrei Paralel

Beda potensial tetap ∆V Don’t do this!

Oleh Endi Suhendi

26

Susunan Kapasitor Paralel Potensial Sama!

Oleh Endi Suhendi

27

Kapasitansi Equivalen

Animasi 5.1 Oleh Endi Suhendi

28

Susunan Kapasitor Seri

Sekarang tegangannya beda, Bagaimana dengan Q?

Oleh Endi Suhendi

29

Susunan Kapasitor Seri

Oleh Endi Suhendi

30

Kapasitansi Equivalen

(Tegangan dijumlahkan pada susunan seri)

Animasi 5.2 Oleh Endi Suhendi

31

Dielektrik Sebuah bahan dielektrik adalah bahan non konduktor atau insulator Contoh: karet, kaca, kertas Ketika dielektrik ditempatkan pada kapasitor bermuatan, beda potensial diantara dua plat akan berkurang HOW???

Oleh Endi Suhendi

32

Tinjauan Molekular dari Dielektrik Dielektrik Polar : Dielektrik dengan momen dipol listrik permanen Contoh: Air

Oleh Endi Suhendi

33

Tinjauan Molekular dari Dielektrik Dielektrik Non-Polar: Dielektrik dengan momen dipol listrik terinduksi Example: CH4

Oleh Endi Suhendi

34

Dielektrik dalam Kapasitor

Beda Potensial berkurang karena polarisasi dielektrik menurunkan besar medan listrik! Oleh Endi Suhendi

35

Hukum Gauss untuk Dielektrik

Ketika memasukan dielektrik, rapat muatan σ terinduksi pada permukaannya

Apa itu σ’? Oleh Endi Suhendi

36

Konstanta Dielektrik κ Dielektrik menurunkan besar medan awal oleh faktor κ

Hukum Gauss dengan dielektrik:

Konstanta Dielektrik Vakum 1.0 Kertas 3.7 Gelas Pyrex 5.6 Air 80 Oleh Endi Suhendi

37

E, P dan D

(σ − σ ′)A = q − q′ ε0

ε0

q q′ q q′ E= − → = ε 0E + → D = ε 0E + P ε 0A ε 0A A A q q′ D = dan P = A A

Oleh Endi Suhendi

38

E, P dan D Karena E adalah vektor, maka D dan P juga vektor:

r r r D = ε0E + P

r D = Pergeseran Listrik (electric displacement) " berkaitan dengan muatan bebas" r P = Polarisasi Listrik " berkaitan dengan muatan polarisasi" r E = Medan Listrik dalam dielektrik " berkaitan dengan semua muatan yang ada, baik bebas maupun polarisasi" Oleh Endi Suhendi

39

Dielektrik dalam Kapasitor Q0= Konstan setelah batrei diputus

Ketika dimasukan dielektrik:

Oleh Endi Suhendi

40

Dielektrik dalam Kapasitor V0 = Konstan ketika batrei tetap terhubung

Setelah dimasukan dielektrik: Oleh Endi Suhendi

41

Problem

Berapa kapasitansi sistem kapasitor berikut?

Oleh Endi Suhendi

42

TUGAS 4 Sudah dapat diakses di e-Learning

Oleh Endi Suhendi

43