Kapasitor dan energi medan listrik

Yang akan kamu pelajari

• Kapasitansi
• Energi medan

Pahami konsepnya

Kapasitansi C=Q/ΔV dengan Q besar muatan pada salah satu konduktor. Kapasitor pelat ideal C≈εA/d ketika pengaruh tepi diabaikan. Dielektrik dapat memperbesar C melalui polarisasi.

Energi U=Q²/(2C)=C(ΔV)²/2=QΔV/2. Kapasitor paralel menjumlah C, sedangkan seri menjumlah 1/C. Jarak pelat, geometri, medium dan kondisi sumber harus disebutkan sebelum menyimpulkan perubahan energi.

Analisis lanjut

Rapat energi medan di vakum u_E=ε₀E²/2. Jika baterai tetap terhubung, V tetap dan perubahan C disertai transfer muatan/energi ke baterai. Jika kapasitor terisolasi, Q tetap.

Dielectric breakdown membatasi medan nyata. Sirkuit RC memberi pengisian Q(t)=CV₀(1−e^(−t/RC)) pada model ideal; energi sumber dibagi menjadi energi medan dan kalor resistor.

Pendalaman: Ke mana energi sumber pergi?

Kapasitor mula-mula kosong dihubungkan ke sumber ideal V melalui resistor. Sumber memindahkan muatan CV dan melakukan kerja W_source=∫Vdq=CV². Energi akhir medan hanya CV²/2.

Separuh sisanya terdisipasi di resistor pada model RC, tidak bergantung besar R selama model berlaku. Mengambil R→0 membuat transien sangat singkat dan memerlukan induktansi/radiasi nyata; tidak berarti energi hilang. Ini contoh penting bahwa mempertahankan asumsi ketika mengambil limit harus diperiksa.

Contoh terurai

Kapasitor 100 μF pada 10 V menyimpan Q=0,001 C dan U=0,005 J. Bila terisolasi lalu C digandakan, Q tetap dan V menjadi 5 V; energi menjadi 0,0025 J. Bila baterai mempertahankan 10 V, Q dan energi justru menjadi dua kali.

Coba, amati, jelaskan

Gunakan perhitungan atau simulator saja untuk membandingkan Q tetap versus V tetap. Jangan membongkar alat elektronik; kapasitor nyata dapat tetap bermuatan setelah alat dimatikan.

Cek pemahaman

Pada kapasitor terisolasi, besaran mana tetap ketika kapasitansi berubah?

• Energi U selalu
• Muatan Q
• Tegangan V selalu

Jawab dan baca pembahasannya di aplikasi.