Konsep Dasar Kapasitor

Konsep Dasar Kapasitor. Kapasitor merupakan komponen pasif yang dapat menyimpan energi berupa beda potensial antar pelat. Kapasitor dapat menahan perubahan tegangan yang tiba-tiba. Muatan disimpan dalam bentuk beda potensial antara dua pelat, yang berbentuk positif atau negatif sesuai dengan arah penyimpanan muatan.

Daerah non-konduktif yang ada di antara dua pelat ini disebut dielektrik. Dielektrik ini dapat berupa vakum, udara, mika, kertas, keramik, aluminium, dll. Nama kapasitor diberikan oleh dielektrik yang digunakan.

Gambar di bawah menunjukkan beberapa kapasitor yang sering dijumpai.

Satuan dan Simbol Kapaitor

Satuan standar kapasitansi adalah farad. Umumnya nilai kapasitor yang tersedia akan berada pada orde mikro-farad, pico-farad, dan nano-farad. Simbol kapasitor ditunjukkan di bawah ini.

Kapasitansi kapasitor sebanding dengan jarak antara pelat dan berbanding terbalik dengan luas pelat. Selain itu, semakin tinggi konstanta dielektrik material, semakin tinggi kapasitansinya. Konstanta dielektrik suatu medium menggambarkan berapa banyak fluks listrik yang dihasilkan per satuan muatan dalam medium. 

Ketika dua pelat dengan luas yang sama A dan lebar yang sama ditempatkan secara paralel pada jarak d, jika beberapa energi diterapkan pada pelat, kapasitansi kapasitor pelat paralel dapat dinyatakan sebagai

Di mana

C = Kapasitansi kapasitor
ε0 = permitivitas ruang bebas
εR = permitivitas medium dielektrik
d = jarak antar pelat
A = luas kedua pelat penghantar

Setelah menerapkan beberapa tegangan, muatan disimpan pada dua pelat paralel kapasitor. Deposisi muatan ini terjadi secara perlahan, dan ketika tegangan melintasi kapasitor sama dengan tegangan yang diberikan, pengisian berhenti karena tegangan input sama dengan tegangan output. 

Tingkat pengisian tergantung pada nilai kapasitansi. Semakin besar nilai kapasitansi, semakin lambat laju perubahan tegangan pada pelat. 

Cara kerja kapasitor

Kapasitor dapat dipahami sebagai komponen pasif di kedua ujungnya yang menyimpan energi listrik. Energi listrik ini disimpan dalam medan elektrostatik. Awalnya, muatan positif dan negatif pada dua pelat kapasitor berada dalam kesetimbangan. Kapasitor tidak memiliki kecenderungan untuk mengisi atau melepaskan. Muatan negatif terbentuk oleh akumulasi elektron, sedangkan muatan positif terbentuk oleh penipisan elektron. Karena ini terjadi tanpa ada muatan eksternal yang diterapkan, keadaan ini bersifat elektrostatik. Gambar di bawah menunjukkan kapasitor dengan muatan statis.

Akumulasi dan penipisan elektron sesuai dengan siklus positif dan negatif dari daya AC, yang dapat dipahami sebagai "aliran arus". Ini disebut aliran perpindahan. Arah arus ini terus berubah karena merupakan arus bolak-balik.

Pengisian kapasitor

Ketika tegangan eksternal diterapkan, muatan akan diubah menjadi muatan statis. Ini terjadi ketika kapasitor sedang diisi. Potensial positif catu daya menarik elektron dari pelat positif kapasitor, membuatnya benar. Potensial negatif catu daya memaksa elektron mengalir ke pelat negatif kapasitor, membuatnya lebih negatif.

Selama proses pengisian ini, elektron melewati sumber listrik DC, tetapi tidak melalui dielektrik sebagai isolator. Ketika kapasitor mulai mengisi, perpindahannya besar, tetapi berkurang dengan pengisian. Ketika tegangan melintasi kapasitor sama dengan tegangan catu daya, kapasitor berhenti mengisi daya.

Perilaku dielektrik

Ketika muatan disimpan pada pelat kapasitor, medan elektrostatik dihasilkan. Kekuatan medan elektrostatik tergantung pada besarnya muatan pada pelat dan konstanta dielektrik bahan dielektrik. Konstanta dielektrik adalah ukuran sejauh mana dielektrik memungkinkan garis statis melewatinya.

Dielektrik sebenarnya adalah isolator. Ia memiliki elektron di orbit terluar atom. Mari kita lihat bagaimana mereka terpengaruh. Ketika tidak ada muatan di papan, elektron dalam dielektrik bergerak sepanjang orbit melingkar. Seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Ketika deposisi muatan terjadi, elektron cenderung bergerak menuju pelat bermuatan positif, tetapi mereka tetap berputar seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Ketika muatan semakin meningkat, orbital mengembang. Tetapi jika masih meningkat, dielektrik rusak, membuat kapasitor korslet. Kapasitor sekarang terisi penuh dan siap untuk dilepaskan. Cukup jika kita memberi mereka jalan dari pelat negatif ke pelat positif. Elektron mengalir tanpa sumber daya eksternal karena ada terlalu banyak elektron di satu sisi dan hampir tidak ada elektron di sisi lain. Ketidakseimbangan ini disesuaikan dengan pelepasan kapasitor.

Selain itu, ketika jalur ejeksi ditemukan, atom-atom dalam bahan dielektrik cenderung mencapai orbit lingkaran normalnya, sehingga memaksa elektron untuk dikeluarkan. Jenis pelepasan ini memungkinkan kapasitor untuk melepaskan arus tinggi dalam waktu singkat, seperti pada lampu kilat kamera.

Reaktansi Kapasitif

Ini adalah istilah yang penting. Reaktansi Kapasitif adalah oposisi yang ditawarkan oleh kapasitor terhadap aliran arus bolak-balik, atau hanya arus AC. Kapasitor menahan perubahan aliran arus dan karenanya menunjukkan beberapa oposisi yang dapat disebut sebagai reaktansi , karena frekuensi arus input juga harus dipertimbangkan bersama dengan resistansi yang ditawarkannya.

Simbol: Xc

Dalam rangkaian kapasitif murni, arus Ic mendahului tegangan yang diberikan sebesar 90°

Koefisien Suhu Kapasitor

Perubahan maksimum Kapasitansi kapasitor, selama rentang suhu tertentu, dapat diketahui dengan koefisien suhu kapasitor. Ini menyatakan bahwa ketika suhu melebihi titik tertentu, perubahan kapasitansi kapasitor yang mungkin terjadi dipahami sebagai koefisien suhu kapasitor .

Semua kapasitor biasanya diproduksi dengan mempertimbangkan suhu referensi 25 derajat C. Oleh karena itu koefisien suhu kapasitor dipertimbangkan untuk nilai suhu yang berada di atas dan di bawah nilai ini.