Kapasitor Pelat Paralel: Definisi Formula dan Aplikasi

Kapasitor plat paralel adalah perangkat yang dapat menyimpan muatan listrik dan energi dalam bentuk medan listrik antara dua pelat konduktif. Pelat-pelat tersebut dipisahkan oleh jarak kecil dan dihubungkan ke sumber tegangan, seperti baterai. Ruang antara pelat-pelat dapat diisi dengan udara, vakum, atau material dielektrik, yang merupakan isolator yang dapat dipolarisasi oleh medan listrik.

Apa itu Kapasitor Plat Paralel?

Kapasitor plat paralel didefinisikan sebagai susunan dua pelat logam dengan area A yang sama dan muatan Q yang berlawanan, dipisahkan oleh jarak d. Pelat-pelat tersebut dihubungkan ke sumber tegangan V, yang menciptakan potensial listrik perbedaan antara keduanya. Medan listrik E antara pelat-pelat tersebut seragam dan tegak lurus terhadap pelat, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Medan listrik E antara pelat-pelat diberikan oleh:

di mana V adalah tegangan di antara pelat, d adalah jarak pemisah antara pelat, σ adalah densitas muatan permukaan pada setiap pelat, dan ϵ0 adalah permisivitas ruang hampa.

Medan listrik E menginduksi polarisasi P pada material dielektrik, yang merupakan momen dipol per unit volume material. Polarisisasi P mengurangi medan listrik efektif E di dalam dielektrik dan meningkatkan kapasitansi C dari kapasitor.

Kapasitansi C dari kapasitor plat paralel adalah rasio muatan Q pada setiap pelat terhadap tegangan V di antara pelat-pelat:

Kapasitansi C bergantung pada geometri pelat dan material dielektrik di antara mereka. Untuk kapasitor plat paralel dengan udara atau vakum di antara pelat, kapasitansi C diberikan oleh:

di mana A adalah area setiap pelat dan d adalah jarak pemisah antara pelat-pelat.

Untuk kapasitor plat paralel dengan material dielektrik di antara pelat, kapasitansi C diberikan oleh:

di mana k adalah permisivitas relatif atau konstanta dielektrik material, yang merupakan kuantitas tanpa dimensi yang mengukur seberapa mudah material dapat dipolarisasi oleh medan listrik.

Permisivitas relatif k dari material dielektrik selalu lebih besar dari atau sama dengan 1. Semakin tinggi nilai k, semakin banyak muatan yang dapat disimpan pada kapasitor untuk tegangan tertentu, dan karenanya semakin tinggi kapasitansi.

Aplikasi Kapasitor Plat Paralel

Kapasitor plat paralel memiliki banyak aplikasi di berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknik. Beberapa di antaranya adalah:

• Filtering: Kapasitor plat paralel dapat digunakan untuk menyaring frekuensi atau noise yang tidak diinginkan dari sinyal listrik. Misalnya, mereka dapat memblokir arus searah (DC) dan memungkinkan arus bolak-balik (AC) melewati. Mereka juga dapat digunakan untuk meratakan fluktuasi tegangan pada sumber daya listrik.

• Tuning: Kapasitor plat paralel dapat digunakan untuk menyetel rangkaian listrik agar beresonansi pada frekuensi yang diinginkan. Misalnya, mereka dapat digunakan pada radio, televisi, dan perangkat komunikasi lainnya untuk memilih saluran atau band frekuensi tertentu.

• Sensing: Kapasitor plat paralel dapat digunakan untuk mendeteksi kuantitas fisik seperti tekanan, suhu, kelembaban, perpindahan, dll. Misalnya, mereka dapat digunakan pada mikrofon, termometer, higrometer, akselerometer, dll. Kapasitansi dari kapasitor plat paralel berubah dengan kuantitas fisik ini karena perubahan jarak antara pelat atau material dielektrik di antara mereka.

• Penyimpanan Energi: Kapasitor plat paralel dapat digunakan untuk menyimpan energi listrik dalam medan listrik mereka. Misalnya, mereka dapat digunakan pada senter, kamera, defibrillator, dll. Energi yang disimpan dalam kapasitor plat paralel diberikan oleh:

di mana U adalah energi yang tersimpan dalam joules (J), C adalah kapasitansi dalam farads (F), dan V adalah tegangan dalam volt (V).

Rangkuman

• Kapasitor plat paralel adalah perangkat yang dapat menyimpan muatan listrik dan energi dalam medan listrik antara dua pelat konduktif yang dip