Rumus Energi pada Kapasitor

Misalkan kita memiliki dua pelat logam paralel diatur dalam jarak d dari satu sama lain. Kita menempatkan muatan positif pada salah satu pelat dan muatan negatif di sisi lain. Dalam konfigurasi ini, akan ada medan listrik seragam diantara mereka. Besarnya kuat medan bidang ini diberikan oleh

E = V / d

di mana V adalah perbedaan potensial (tegangan) antara dua pelat.

Jumlah muatan, Q, yang dihasilkan oleh masing-masing lempeng diberikan oleh

Q = C.V

dimana V adalah perbedaan tegangan antara pelat dan C adalah kapasitansi dari konfigurasi pelat. Kapasitansi dapat dianggap sebagai kemampuan yang dimiliki perangkat untuk menyimpan muatan. Dalam kasus plat paralel kapasitansi diberikan oleh

dimana A adalah luas pelat, d adalah jarak antara pelat, dan ε_o adalah permitivitas ruang hampa yang nilainya 8,84.10^-12 C / V.m.

energi yang tersimpan dalam kapasitor sebesar:

W = ½ CV²

Medan listrik antara pelat kapasitor menyimpan energi.

Dari mana energi ini berasal? Ingat, bahwa dalam tulisan sebelumnya tentang gaya listrik, kita menegaskan bahwa “muatan yang sejenis akan tolak menolak”. Untuk membangun konfigurasi awal kita kami harus menempatkan kelebihan muatan positif dan negatif, pada masing-masing pelat logam.

Hal ini akan memaksa muatan ini bersama-sama pada pelat dan harus mengatasi gaya tolakan bersama diantara muatan-muatan ini; ini membutuhkan usaha. Energi yang digunakan untuk menggerakkan muatan ke pelat akan disimpan pada bidang antara pelat. Dengan cara ini kapasitor dapat dianggap sebagai perangkat penyimpanan energi. Sifat ini akan menjadi lebih penting ketika kita mempelajari kapasitor dalam konteks rangkaian listrik dalam beberapa Konsep berikutnya.

Catatan: Banyak rangakaian elektronik dirumah yang menggunakan kapasitor; untuk alasan ini, itu bisa menjadi berbahaya pada komponen elektronik yang telah usang, saat perangkat yang mengandung kapasitor dihubungkan dengan sumber arus, kemudian dicabut. Sebagai contoh, monitor komputer lama (bukan layar datar) dan TV memiliki kapasitor akan menyimpan sejumlah muatan berbahaya setelah power dimatikan.

Contoh 1

Anda memiliki sebuah kapasitor dengan kapasitansi 100 nF. Jika Anda hubungkan ke baterai 12V, berapa banyak energi yang tersimpan dalam kapasitor ketika terisi penuh?

Solusi

Kita hanya akan menggunakan persamaan yang diberikan di atas untuk menghitung energi yang tersimpan pada kapasitor.

W = ½ CV²

W = ½ 100.10^-9 F. 12V

W = 6.10^-7J