Soal Kapasitor dan Penyelesaiannya 2
Soal 1
Pertimbangkan sebuah rangkaian yang terdiri atas empat resistor (masing-masing dengan besar R = 1 MΩ), sebuah kapasitor (C = 1 µF) dan sebuah baterai (V = 10 MV). Jika kapasitor dimuati penuh dan kemudian baterai dilepas untuk digantikan kawat penghubung, tentukan arus pada t = 0,5 s sejak kapasitor melepaskan muatannya.
Jawab:
Keempat resistor disusun paralel, maka hambatan penggantinya adalah
Rtotal = ¼ MΩ
Muatan awal yang disimpan kapasitor adalah
q0 = CV = 1 µF x 10 MV = 10 C
tetapan waktu RC = 1 MΩ x 1 µF = 1 s
muatan pada kapasitor setelah t = 0,5 s adalah
q = q0e-t/RC = (10 C)e-2 = 1,35 C
maka beda potensial pada saat 0,5 s adalah
V = q/C = 1,35 C/1 µF = 1,35 MV
kuat arus saat itu adalah
I = V/R = 1,35 MV/1 MΩ = 1,35 A
Pertimbangkan sebuah rangkaian yang terdiri atas empat resistor (masing-masing dengan besar R = 1 MΩ), sebuah kapasitor (C = 1 µF) dan sebuah baterai (V = 10 MV). Jika kapasitor dimuati penuh dan kemudian baterai dilepas untuk digantikan kawat penghubung, tentukan arus pada t = 0,5 s sejak kapasitor melepaskan muatannya.
Keempat resistor disusun paralel, maka hambatan penggantinya adalah
Rtotal = ¼ MΩ
Muatan awal yang disimpan kapasitor adalah
q0 = CV = 1 µF x 10 MV = 10 C
tetapan waktu RC = 1 MΩ x 1 µF = 1 s
muatan pada kapasitor setelah t = 0,5 s adalah
q = q0e-t/RC = (10 C)e-2 = 1,35 C
maka beda potensial pada saat 0,5 s adalah
V = q/C = 1,35 C/1 µF = 1,35 MV
kuat arus saat itu adalah
I = V/R = 1,35 MV/1 MΩ = 1,35 A
Soal 2
Keping-keping kapasitor memiliki luas 20 cm2 dan terpisah pada jarak 1 mm dengan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/N-1m-1. Tentukanlah: (a) Kapasitasnya dan (b) jika diberi tegangan 25 V berapakah muatan pada tiap kapasitor?
Jawab:
(a) Kapasitas kapasitor diberikan oleh
C = ε0A/d = (8,85 x 10-12 C2/N-1m-1)(20 x 10-4 m2)/(10-3 m) = 17,7 pF
(b) jika diberi tegangan 25 V, muatan pada tiap kapasitor adalah
q = CV = 17,7 pF x 25 V = 442,5 pC
Soal 3
Luas keping keping dari sebuah kapasitor keping sejajar adalah 30 cm2 dan terpisah sejajar 2 mm. (a) Tentukan kapasitasnya, (b) ketika kapasitor dihubungkan dengan baterai 20 V, berapakah muatan pada tiap kepingnya?, (c) baterai dilepaskan dan ruang antara keping-kepingnya diisi dengan bakelit (εr = 5). Tentukan; kapasitas, muatan, beda potensial dan kuat medan listrik kapasitor itu sekarang.
Jawab:
(a) Kapasitas kapasitor diberikan oleh
C0 = ε0A/d = (8,85 x 10-12 C2/N-1m-1)(30 x 10-4 m2)/(2 x 10-3 m) = 13,275 pF
(b) jika diberi tegangan 20 V, muatan pada tiap kapasitor adalah
q = CV = 13,275 pF x 20 V = 265,5 pC
(c) baterai dilepaskan dan ruang antara keping-kepingnya diisi dengan bakelit (εr = 5).
kapasitas, muatan, beda potensial dan kuat medan listrik kapasitor itu sekarang adalah
Soal 4
Sebuah kapasitor dengan ruang antar kepingnya berisi udara di hubungkan ke sebuah baterai sehingga tiap kepingnya bermuatan 100 µC tanpa melepas baterai, ruang antar keping diisi dengan minyak dan ternyata muatan tambahan 150 µC mengalir lagi dari baterai menuju keping. Tentukan permitivitas relatif minyak.
Jawab:
Tanpa melepas baterai artinya tegangan tidak berubah, maka
V0 (kapasitor dengan ruang antar kepingnya berisi udara) = Vb (ruang antar keping diisi dengan minyak)
q0/C0 = qb/Cb = qb/(εrC0)
εr = qb/q0 = 250 µC/100 µC = 2,5
Soal 5
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki luas tiap keping 5 cm2 dan terpisah sejauh 5 mm dengan air berada dalam ruang antar kepingnya (εr = 80). Sebuah baterai 90 V dihubungkan terus pada kedua keping. Hitung; (a) besar kuat medan listrik diantara kedua keping, (b) muatan pada tiap keping, dan (c) muatan pada tiap keping jika air dibuang dan digantikan oleh udara.
Jawab:
Kapasitas kapasitor ketika diisi dengan air diberikan oleh
Cb = εrε0A/d = 80 x (8,85 x 10-12 C2/N-1m-1)(5 x 10-4 m2)/(5 x 10-3 m) = 70,8 pF
(a) Besar kuat medan listrik diantara kedua keping adalah
E = V/d = 90 V/(5 x 10-3 m) = 18 kV/m
(b) muatan pada tiap keping adalah
qb = CbV = 70,8 pF x 90 V = 6,372 nC
(c) muatan pada tiap keping jika air dibuang dan digantikan oleh udara adalah
V0 (kapasitor dengan ruang antar kepingnya berisi udara) = Vb (ruang antar keping diisi dengan air)
q0/C0 = qb/Cb = qb/(εrC0)
q0 = qb/εr = 6,372 nC/80 = 79,65 pC
Keping-keping kapasitor memiliki luas 20 cm2 dan terpisah pada jarak 1 mm dengan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/N-1m-1. Tentukanlah: (a) Kapasitasnya dan (b) jika diberi tegangan 25 V berapakah muatan pada tiap kapasitor?
Jawab:
(a) Kapasitas kapasitor diberikan oleh
C = ε0A/d = (8,85 x 10-12 C2/N-1m-1)(20 x 10-4 m2)/(10-3 m) = 17,7 pF
(b) jika diberi tegangan 25 V, muatan pada tiap kapasitor adalah
q = CV = 17,7 pF x 25 V = 442,5 pC
Soal 3
Luas keping keping dari sebuah kapasitor keping sejajar adalah 30 cm2 dan terpisah sejajar 2 mm. (a) Tentukan kapasitasnya, (b) ketika kapasitor dihubungkan dengan baterai 20 V, berapakah muatan pada tiap kepingnya?, (c) baterai dilepaskan dan ruang antara keping-kepingnya diisi dengan bakelit (εr = 5). Tentukan; kapasitas, muatan, beda potensial dan kuat medan listrik kapasitor itu sekarang.
Jawab:
(a) Kapasitas kapasitor diberikan oleh
C0 = ε0A/d = (8,85 x 10-12 C2/N-1m-1)(30 x 10-4 m2)/(2 x 10-3 m) = 13,275 pF
(b) jika diberi tegangan 20 V, muatan pada tiap kapasitor adalah
q = CV = 13,275 pF x 20 V = 265,5 pC
(c) baterai dilepaskan dan ruang antara keping-kepingnya diisi dengan bakelit (εr = 5).
kapasitas, muatan, beda potensial dan kuat medan listrik kapasitor itu sekarang adalah
- Kapasitas kapasitor ketika diisi dengan bakelit diberikan oleh
- Muatan yang tersimpan dalam kapasitor ketika diisi dengan bakelit sama dengan ketika keping berisi udara karena tegangan berubah.
- Beda potensial (tegangan) ketika diisi dengan bakelit diberikan oleh
- Kuat medan listrik kapasitor itu sekarang adalah
Soal 4
Sebuah kapasitor dengan ruang antar kepingnya berisi udara di hubungkan ke sebuah baterai sehingga tiap kepingnya bermuatan 100 µC tanpa melepas baterai, ruang antar keping diisi dengan minyak dan ternyata muatan tambahan 150 µC mengalir lagi dari baterai menuju keping. Tentukan permitivitas relatif minyak.
Jawab:
Tanpa melepas baterai artinya tegangan tidak berubah, maka
V0 (kapasitor dengan ruang antar kepingnya berisi udara) = Vb (ruang antar keping diisi dengan minyak)
q0/C0 = qb/Cb = qb/(εrC0)
εr = qb/q0 = 250 µC/100 µC = 2,5
Soal 5
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki luas tiap keping 5 cm2 dan terpisah sejauh 5 mm dengan air berada dalam ruang antar kepingnya (εr = 80). Sebuah baterai 90 V dihubungkan terus pada kedua keping. Hitung; (a) besar kuat medan listrik diantara kedua keping, (b) muatan pada tiap keping, dan (c) muatan pada tiap keping jika air dibuang dan digantikan oleh udara.
Jawab:
Kapasitas kapasitor ketika diisi dengan air diberikan oleh
Cb = εrε0A/d = 80 x (8,85 x 10-12 C2/N-1m-1)(5 x 10-4 m2)/(5 x 10-3 m) = 70,8 pF
(a) Besar kuat medan listrik diantara kedua keping adalah
E = V/d = 90 V/(5 x 10-3 m) = 18 kV/m
(b) muatan pada tiap keping adalah
qb = CbV = 70,8 pF x 90 V = 6,372 nC
(c) muatan pada tiap keping jika air dibuang dan digantikan oleh udara adalah
V0 (kapasitor dengan ruang antar kepingnya berisi udara) = Vb (ruang antar keping diisi dengan air)
q0/C0 = qb/Cb = qb/(εrC0)
q0 = qb/εr = 6,372 nC/80 = 79,65 pC
Post a Comment for "Soal Kapasitor dan Penyelesaiannya 2"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!