Contoh Soal dan Pembahasan Kapasitor

Contoh Soal dan Pembahasan Kapasitor Materi Fisika Kelas 3 SMA (XII). Mencakup kapasitas kapasitor keping sejajar, kapasitor bola berongga, hubungan antara muatan, tegangan, kapasitas kapasitor, susunan seri kapasitor juga energi yang tersimpan dalam kapasitor.

Nahh, agar kalian lebih memahami pembahasan tentang kapasitor kalian bisa simak video di bawah ini yah !

Sumber: Channel Utakatikotak
Link : https://www.youtube.com/watch?v=ukiH7M2zpv8 

Soal No. 1
Perhatikan gambar berikut, 3 buah kapasitor X, Y dan Z disusun seperti gambar. Jika saklar S ditutup tentukan : 
a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian
b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian
c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z menurut prinsip rangkaian seri
d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z
e) Beda potensial ujung- ujung kapasitor X
f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y
g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X
h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y
i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z 
j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian
k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X
l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y
m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z

(Sumber gambar dan angka : Soal Ujian Nasional Fisika SMA 2007/2008)

Pembahasan
a) Paralel antara kapasitor X dan Y didapatkan kapasitor ekivalennya namakan C_xy : 

Sekarang rangkaian menjadi lebih sederhana yaitu terdiri dari C_xy yang diseri dengan C_z yang menghasilkan kapasitas pengganti namakan C_tot : 

b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian namakan Q_tot

c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z namakan Q_z Untuk rangkaian kapasitor seri berlaku : 

d) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z namakan V_z

e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X dan kapasitor Y adalah sama karena dirangkai paralel 

f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y sama dengan X 

g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X saja (bukan gabungan antara X dan Y, sehingga hasilnya tidak akan sama dengan C_tot) 

h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y

i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z

j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian 

Rumus umum untuk menghitung energi pilih salah satu

Sehingga

k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X

l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y

m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z

Baca Juga :

Kapasitas Kalor Gas

Rumus Energi dalam Kapasitor

Soal No. 2
Diberikan susunan 3 buah kapasitor yang dipasang pada sumber 24 Volt seperti gambar berikut! 



Jika saklar S ditutup, tentukan : 
a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian
b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian
c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z
d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z
e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X
f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y
g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X
h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y
i) Energi yang tersimpan dalam rangkaian
j) Energi yang tersimpan pada kapasitor X
k) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y
l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z

Silahkan mencoba,..!! 

Soal No. 3
Kapasitor keping sejajar dengan luas penampang masing-masing keping adalah 50 cm² tanpa bahan pengisi (berisi udara). Jarak antar keping adalah 2 cm dan kedua keping diberi beda potensial 120 volt. Jika ε_o adalah 8,85 x 10^{− 12} C² N ^{− 1 − 2} tentukan :
a) kapasitas kapasitor
b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor
c) kuat medan listrik antara kedua keping 

Pembahasan
a) kapasitas kapasitor

b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor

c) kuat medan listrik antara kedua keping 

Soal No. 4
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas sebesar C. Jika kapasitor disisipi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik sebesar 2, tentukan kapasitasnya yang baru!

Pembahasan
Luas penampang dan jarak keping kapasitor tidak mengalami perubahan:

Soal No. 5
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas 1200 μF. Jika luas penampang keping dijadikan dua kali semula dan jarak antar keping dijadikan 1,5 kali semula, tentukan nilai kapasitasnya yang baru!

Pembahasan 

Soal No. 6
Kapasitor bola berongga memiliki jari-jari sebesar 1,8 cm. Jika 1/4πε_o = 9 x 10⁹ dalam satuan internasional, tentukan kapasitas kapasitor!

Pembahasan:
Kapasitas kapasitor bola denganjari-jari R :

Soal No. 7
Tiga kapasitor yang masing-masing kapasitasnya 3 F, 6 F, dan 9 F dihubungkan seri. Kedua ujung dari gabungan tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan yang besarnya 220 V. Tegangan antara ujung-ujung kapasitor yang 3 F adalah....
A. 40 V
B. 60 V
C. 110 V
D. 120 V
E. 220 V
(Soal SKALU 1978)

Pembahasan
Menentukan tegangan kapasitor pada susunan seri.

Cara Pertama
Cari kapasitas gabungan ketiga kapasitor terlebih dahulu:
¹/C_gab = ¹/C₁ + ¹/C₂ + ¹/C₃
¹/C_gab = ¹/3 + ¹/6 + ¹/9
¹/C_gab = ⁶/18 + ³/18 + ²/18
¹/C_gab = ¹¹ / ₁₈ 
C_gab = ¹⁸/₁₁ Farad

Cari muatan gabungan:
Q_gab = C_gab V_gab
Q_gab = (¹⁸/₁₁) × 220 = 360 Coulomb

Pada suatu rangkaian kapasitor seri seperti gambar di atas, berlaku Q₁ = Q₂ = Q₃ = Q_gab, sehingga nilai Q₁ = 360 Coulomb

Tegangan pada C₁ 
V₁ = Q₁ / C₁
V₁ = ³⁶⁰ / ₃ = 120 volt 

Cara Kedua
Dengan perbandingan untuk pembagian tegangan pada susunan kapasitor seri:

                       1         1        1
V₁ : V₂ : V₃ = ^____ : ^_____ : ^_____
                       C₁         C₂        C₃

                       1        1          1
V₁ : V₂ : V₃ = ^____ : ^_____ : ^_____
                      3         6         9
Perbandingan yang didapat dalam pecahan yaitu 1/3, 1/6 dan 1/9, untuk perhitungan lebih mudah dalam angka non pecahan, untuk itu kalikan masing-masing dengan sebuah angka yang sama, disini dikali angka 18 sehingga didapat perbandingan ekivalennya:

V₁ : V₂ : V₃ = 6 : 3 : 2

Untuk V₁,
                   6 
V₁ = ^{________________} × V_gab
           (6 + 3 + 2)

             6
V₁ = ^________ × 220 = 120 volt 
            11
           
Tegangan pada kapasitor 3 F adalah 120 V

Jika ingin V₂ maka:

               3 
V₂ = ^{________________} × V_gab
           (6 + 3 + 2)

               3
V₂ = ^________ × 220 = 60 volt
           11

Dengan cara yang sama bisa dicari V₃.