Pengisian Kapasitor

Setiap kali kita menghubungkan kapasitor yang tidak bermuatan atau sebagian bermuatan dengan sumber tegangan yang memiliki tegangan lebih besar dari tegangan kapasitor (dalam kasus kapasitor yang sebagian bermuatan), ia menerima muatan dari sumber dan tegangan di seberang kapasitor naik secara eksponensial hingga menjadi sama dan berlawanan dengan tegangan sumber.

Mari kita hubungkan satu kapasitor dengan kapasitansi C dalam seri dengan resistor dengan hambatan R. Kita juga menghubungkan kombinasi ini seri dari kapasitor dan resistor dengan baterai dengan tegangan V melalui sakelar dorong S.
Mari kita asumsikan kapasitor tersebut awalnya tidak bermuatan. Ketika kita menekan sakelar, karena kapasitor tidak bermuatan, tidak ada tegangan yang terbentuk di seberang kapasitor, sehingga kapasitor akan bertindak sebagai rangkaian pendek. Pada saat itu, muatan mulai menumpuk di kapasitor. Arus melalui rangkaian hanya akan dibatasi oleh hambatan R.

Jadi, arus awal adalah V/R. Sekarang, secara bertahap tegangan mulai terbentuk di seberang kapasitor, dan tegangan yang terbentuk ini berlawanan dengan polaritas baterai. Akibatnya, arus dalam rangkaian secara bertahap berkurang. Ketika tegangan di seberang kapasitor menjadi sama dan berlawanan dengan tegangan baterai, arus menjadi nol. Tegangan secara bertahap meningkat di seberang kapasitor selama pengisian. Mari kita pertimbangkan laju peningkatan tegangan di seberang kapasitor adalah dv/dt pada setiap saat t. Arus melalui kapasitor pada saat itu adalah

Dengan menerapkan Hukum Tegangan Kirchhoff, dalam rangkaian pada saat itu, kita dapat menulis,

Dengan mengintegrasikan kedua sisi, kita mendapatkan,

Sekarang, pada saat peralihan rangkaian dinyalakan, tegangan di seberang kapasitor adalah nol. Itu berarti, v = 0 pada t = 0.
Dengan memasukkan nilai-nilai ini ke dalam persamaan di atas, kita mendapatkan

Setelah mendapatkan nilai A, kita dapat menulis ulang persamaan di atas sebagai,



Sekarang, kita tahu bahwa,

Ini adalah ekspresi arus pengisian I, selama proses pengisian.
Arus dan tegangan kapasitor selama pengisian ditunjukkan di bawah ini.

Di dalam gambar di atas, Io adalah arus awal kapasitor ketika awalnya tidak bermuatan pada saat peralihan rangkaian dinyalakan dan Vo adalah tegangan akhir setelah kapasitor sepenuhnya terisi.
Dengan memasukkan t = RC ke dalam ekspresi arus pengisian (seperti yang diturunkan di atas), kita mendapatkan,

Jadi, pada saat t = RC, nilai arus pengisian menjadi 36,7% dari arus pengisian awal (V / R = Io) ketika kapasitor sepenuhnya tidak bermuatan. Waktu ini dikenal sebagai konstanta waktu rangkaian kapasitif dengan nilai kapasitansi C farad bersama dengan hambatan R ohm dalam seri dengan kapasitor. Nilai tegangan yang terbentuk di seberang kapasitor pada konstanta waktu adalah

Di sini Vo adalah tegangan yang akhirnya terbentuk di seberang kapasitor setelah kapasitor sepenuhnya terisi dan sama dengan tegangan sumber (V = Vo).

Sumber: Electrical4u.

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang baik layak dibagikan, jika terjadi pelanggaran silakan hubungi untuk menghapus.