Kapasitor merupakan piranti elektronika yang memiliki peran penting dalam menyimpan muatan listrik. Struktur dasar kapasitor terdiri dari dua pelat konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat, yang juga dikenal sebagai bahan dielektrik. Pentingnya peran ini terletak pada muatan yang diberikan pada kedua pelat dengan besaran yang sama tetapi jenisnya berbeda. Seiring dengan perkembangan teknologi, kapasitor telah menjadi komponen yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari, dengan berbagai aplikasi yang meliputi penyimpanan energi dalam rangkaian penyala elektronik, sebagai pemilih frekuensi pada radio, menghilangkan bunga api pada sistem pengapian kendaraan, dan berfungsi sebagai penyaring atau filter pada catu daya (power supply).

Kapasitor hadir dalam berbagai bentuk dan ukuran yang disesuaikan dengan kegunaannya. Secara umum, kapasitor dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu kapasitor variabel, kapasitor tetap, dan kapasitor elektrolit. Kapasitor variabel memiliki kapasitas yang dapat diubah-ubah, memungkinkan pengaturan yang fleksibel sesuai dengan kebutuhan spesifik suatu rangkaian. Contoh kapasitor variabel termasuk kapasitor varco, kapasitor trimmer, dan kapasitor discharge switch (CDS). Sementara itu, kapasitor tetap memiliki nilai kapasitas yang tetap dan tidak dapat diubah. Beberapa jenis kapasitor tetap yang umum digunakan meliputi kapasitor elektrolit, kapasitor film, kapasitor polyester, kapasitor keramik, kapasitor mika, dan kapasitor kertas.

Kehadiran kapasitor dalam berbagai bentuk dan jenis memungkinkan adaptasi yang luas dalam berbagai aplikasi elektronik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik dan menyediakan fitur-fitur tertentu membantu meningkatkan kinerja sistem elektronik. Misalnya, kapasitor digunakan untuk menyimpan energi dalam rangkaian penyala elektronik, memungkinkan aliran listrik yang stabil dan terkendali. Kapasitor juga berperan sebagai pemilih frekuensi pada radio, memungkinkan pemrosesan sinyal radio dengan lebih efisien. Selain itu, kapasitor dapat menghilangkan bunga api pada sistem pengapian kendaraan dengan mengendalikan lonjakan arus yang mungkin terjadi. Dalam catu daya, kapasitor berfungsi sebagai penyaring atau filter untuk menyaring komponen-komponen yang tidak diinginkan dalam aliran listrik, sehingga memastikan catu daya yang bersih dan stabil untuk perangkat elektronik yang terhubung.

Membuat Kapasitor Sederhana.

Bahan yang dibutuhkan:

• Dua buah lembar aluminium foil atau pelat tembaga kecil.
• Selembar kertas tisu atau kertas saring.
• Gelas atau wadah plastik.
• Penghubung listrik seperti kabel atau kawat tembaga.
• Bahan dielektrik seperti minyak sayur atau lilin.

Langkah-langkah:

• Siapkan dua lembar aluminium foil atau pelat tembaga kecil dengan ukuran yang sama.
• Letakkan selembar kertas tisu atau kertas saring di antara kedua pelat tersebut. Pastikan kertas berukuran sedikit lebih kecil daripada pelat tembaga agar tidak terlalu menonjol.
• Gulung pelat aluminium foil atau pelat tembaga beserta kertas tisu dengan rapat, seperti membuat gulungan kertas.
• Masukkan gulungan ke dalam gelas atau wadah plastik sehingga kertas tisu berada di tengah dan kedua pelat berada di sisi luar.
• Pastikan pelat-pelat tidak menyentuh satu sama lain. Bisa menggunakan penghubung listrik, seperti kabel atau kawat tembaga, untuk menghubungkan salah satu pelat dengan terminal positif dan yang lainnya dengan terminal negatif.
• Teteskan minyak sayur atau lelehkan lilin di atas gulungan untuk menjadi bahan dielektrik. Bahan dielektrik ini akan memisahkan pelat-pelat dan membentuk kapasitor.

Dalam kapasitor sederhana ini, kertas tisu atau kertas saring berfungsi sebagai bahan penyekat atau dielektrik, sementara pelat aluminium foil atau pelat tembaga berperan sebagai konduktor. Setelah selesai, kapasitor sederhana ini dapat digunakan dalam eksperimen sederhana atau rangkaian elektronika dasar.

Kapasitas Kapasitor
Kapasitas kapasitor yaitu kemapuan kapasitor untuk menyimpan muatan tiap satuan tegangan.

$C=\frac{q}{V}$

Keterangan :
V = beda potensial/tegangan (volt)
q = muatan listrik (coulomb)
C = kapasitas kapasitor (farad)

Kapasitor Keping Sejajar

Kapasitor keping sejajar dinyatakan dengan persamaan :

$C=\varepsilon _o \frac{A}{d}$

Keterangan :
C = kapasitas kapasitor (F)
ε_o = permitivitas ruang hampa
A = luas keping (m²)
d = jarak antar keping (m)
Jika bahan dielektrik kapasitor memiliki permitivitas relatif ε_r, maka :

$C=\varepsilon _r \varepsilon _o \frac{A}{d}$

Susunan Kapasitor Seri dan Paralel

Susunan seri kapasitor
Susunan seri kapasitor ditunjukkan seperti gambar di bawah ini :

Muatan listrik :q_total=q₁=q₂=q₃
Besar tegangan :V_total=V₁+V₂+V₃
Kapasitor pengganti : $\frac{1}{C_{tot}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3}$

Susunan paralel kapasitor
Susunan paralel kapasitor ditunjukkan seperti gambar di bawah ini:

Muatan listrik :q_total=q₁+q₂+q₃
Besar tegangan :V_total=V₁=V₂=V₃
Kapasitor pengganti :C_tot=C₁+C₂+C₃
Energi yang tersimpan dalam kapasitor
Besar energi yang tersimpan dalam kapasitor dinyatakan sebagai :

$W =\frac{1}{2}CV^2$

$W =\frac{1}{2}qV$

$W =\frac{1}{2}\frac{q^2}{C}$

Keterangan :
W = energi dalam kapasitor (joule = J)
C = kapasitas kapasitor (farad = F)
V = tegangan/beda postensial (volt = V)
q = muatan listrik (coulomb = C)

Contoh Soal Kapasitor Rangkaian Seri dan Paralel

Contoh Soal 1
Kapasitas sebuah kapasitor keping sejajar bergantung pada :
(1) bahan sisipan di antara keping,
(2) muatan listrik pada keping,
(3) luas keping,
(4) beda potensial antara dua keping
Jawaban yang benar adalah nomor ….
A. (1), (2), dan (3)
B. (1) dan (3)
C. (2) dan (4)
D. (4) saja
E. semua benar

Penyelesaian :
Berdasarkan persamaan :

$C=\varepsilon _r \varepsilon _o \frac{A}{d}$

maka kapasitas sebuah kapasitor keping sejajar bergantung pada bahan sisipan di antara keping dan luas keping.
Jawaban : B

Contoh Soal 2
Kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas C. Jika luas keping dijadikan 2 kalinya dan jarak antar keping dijadikan $\frac{1}{4}$kali semula, kapasitasnya akan menjadi ….
A. $\frac{1}{4}$C
B. C
C. 8C
D. 4C
E. 16C
Penyelesaian :

\begin{align*}
\frac{C}{C’} &= \frac{\varepsilon _o \frac{A}{d}}{\varepsilon _o \frac{A’}{d’}} \\
\frac{C}{C’} &= \frac{ \frac{A}{d}}{ \frac{2A}{\frac{1}{4}d}} \\
\frac{C}{C’} &= \frac{ 1}{8} \\
C’&= 8C
\end{align*}

Jawaban : C

Contoh Soal 3
Besarnya kapasitas pengganti rangkaian kapasitor pada rangkaian di bawah ini adalah ….

A. $\frac{20}{9}$ μF
B. $\frac{1}{4}$ μF
C. $\frac{9}{5}$ μF
D. 4 μF
E. 6 μF

Penyelesaian :
C_{paralel 1} = 2+2 = 4 μF

$\frac{1}{C_{\textrm{seri 1}}} = \frac{1}{2} +\frac{1}{4} +\frac{1}{2} = \frac{2+1+2}{4} = \frac{5}{4}$
C_{seri 1} = $\frac{4}{5}$ μF

$\frac{1}{C_{\textrm{seri 2}}} = \frac{1}{2} +\frac{1}{2} = \frac{2}{2} = 1$
C_{seri 2} = 1 μF
C_total = C_{seri 1}+C_{seri 2}= $\frac{4}{5}$ +1= $\frac{9}{5}$ μF

Jawaban : C

Contoh Soal 4
Sebuah kapasitor keping sejajar mempunyai luas tiap keping A, jarak antara dua keping d, dan diisi suatu zat dengan tetapan elektrik k. Cara untuk memperbesar kapasitas kapasitor itu dapat dilakukan dengan ….
A. menggandakan d dan k
B. menggandakan d dan A
C. memperbesar d, A, dan k
D. memperbesar A dan memperkecil d
E. memperbesar k dan memperkecil A

Penyelesaian :
Berdasarkan persamaan : $C=k \varepsilon _o \frac{A}{d}$, C berbanding lurus dengan k dan A, serta berbanding terbalik dengan d, sehingga untuk memperbesar kapasitas kapasitor dapat dilakukan dengan memperbesar A dan memperkecil k.

Jawaban : D

Contoh Soal Menghitung Kapasitas Kapasitor Pengganti

Contoh Soal 5
Tiga buah kapasitor dengan kapasitas masing-masing 1 μF, 2 μF, dan 3 μF disusun secara seri dan diberi tegangan 1 V pada ujung-ujungnya, maka :

1. masing-masing kapasitor memiliki muatan yang sama banyaknya
2. kapasitor yang besarnya 1 μF menyimpan energi listrik terbesar
3. pada kapasitor 3 μF bekerja tegangan terkecil
4. ketiga kapasitor bersama-sama membentuk sebuah kapasitor ekuivalen dengan muatan tersimpan sebesar 6 mC

Keterangan di atas yang benar adalah nomor ….
A. 1, 2, dan 3
B. 1 dan 3
C. 2 dan 4
D. 4 saja
E. 1, 2, 3, dan 4
Penyelesaian :
-Kapasitor penggantinya yaitu :

\begin{align*}
\frac{1}{C_{tot}} &= \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3} \\
&= \frac{1}{1} + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} \\
&= \frac{ 6+3+2}{6} \\
&= \frac{11}{6}
\end{align*}

C_tot = $\frac{6}{11}$ μF
-Muatan total yang tersimpan :

\begin{align*}
C_{tot} &= \frac{q_{tot}}{V_{tot}} \\
\frac{6}{11}&= \frac{q_{tot}}{1}\\
q_{tot}&= \frac{6}{11} \quad \mu \textrm{C} \\
q_1 &= q_1 = q_3 = q_{tot}= \frac{6}{11} \quad \mu \textrm{C} \\
\end{align*}

Karena kapasitor dirangkai seri maka masing-masing kapasitor memiliki muatan yang sama banyaknya.
-Tegangan pada kapasitor 1 μF :

\begin{align*}
C_1&= \frac{q_1}{V_1} \\
1&= \frac{\frac{6}{11}}{V_1}\\
V_1&= \frac{6}{11} \quad \textrm{V}
\end{align*}

-Tegangan pada kapasitor 2 μF :

\begin{align*}
C_2&= \frac{q_2}{V_2} \\
2&= \frac{\frac{6}{11}}{V_2}\\
V_2&= \frac{3}{11} \quad \textrm{V}
\end{align*}

-Tegangan pada kapasitor 3μF:

\begin{align*}
C_3&= \frac{q_3}{V_3} \\
3&= \frac{\frac{6}{11}}{V_3}\\
V_3&= \frac{2}{11} \quad \textrm{V}
\end{align*}

-Karena tegangan pada kapasitor 1 μF terbesar maka energi listrik yang disimpan pada kapasitor 1 μF adalah yang terbesar.
-Pada kapasitor 3 μF bekerja tegangan terkecil yaitu $V_3= \frac{2}{11} \quad \textrm{V}$.

Jawaban : A

Contoh Soal Nomor 6.
Tiga kapasitor yang masing-masing memiliki kapasitas 3 F, 6 F, dan 9 F disusun secara seri. Kedua ujung dari gabungan tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan 110 V. Besar tegangan antara ujung-ujung kapasitor 6 F adalah ….
A. 30 V
B. 60 V
C. 110 V
D. 120 V
E. 220 V

Pembahasan :

Diketahui :
q₁ = 3 F
q₂ = 6 F
q₃ = 9 F
Vtot = 110 V

Ditanyakan : V₃ =?

\begin{align*}
\frac{1}{C_{tot}} &= \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3} \\
&= \frac{1}{3} + \frac{1}{6} + \frac{1}{9} \\
&= \frac{ 6+3+2}{18} \\
&= \frac{11}{18}
\end{align*}

C_tot = $\frac{18}{11}$ F

\begin{align*}
C_{tot} &= \frac{q_{tot}}{V_{tot}} \\
\frac{18}{11} &= \frac{q_{tot}}{110} \\
q_{tot}&= 180\quad \textrm{C}
\end{align*}

q_tot = q₁ = q₂ = q₃ = 180 C

Besar tegangan antara ujung-ujung kapasitor 6 F :

\begin{align*}
C_2 &= \frac{q_2}{V_2} \\
6 &= \frac{180}{V_2} \\
V_2&= 30\quad \textrm{V}
\end{align*}

Jawaban : A

Contoh Soal Rangkaian Kapasitor Campuran

Contoh Soal Nomor 7.
Empat kapasitor yang berkapasitas sama besar, yaitu C disusun seperti gambar berikut.

Besar kapasitas pengganti antara titik A dan B adalah ….
A. 3C
B. 2C
C. $\frac{2}{5}$C
D. $\frac{2}{3}$C
E. $\frac{3}{2}$C

Pembahasan :
C_paralel = C + C = 2C

\begin{align*}
\frac{1}{C_{tot}} &= \frac{1}{C} + \frac{1}{2C} + \frac{1}{C} \\
&= \frac{2}{2C} + \frac{1}{2C} + \frac{2}{2C} \\
&= \frac{5}{2C} \\
C_{tot}&= \frac{2}{5}C\
\end{align*}

Jawaban : C

Contoh Soal Nomor 8.
Sebuah kapasitor diberi muatan 5 μC dan mempunyai beda potensial 100 V antara pelat-pelatnya. Besar kapasitas dan tenaga yang tersimpan di dalamnya adalah ….
A. 50 pF dan 2,5 x 10^-4 J
B. 500 pF dan 2,5 x 10^-4 J
C. 5 nF dan 2,5 x 10^-4 J
D. 50 nF dan 2,5 x 10^-4 J
E. 500 nF dan 2,5 x 10^-4 J

Pembahasan :
Diketahui :
q= 5 μC = 5 x 10^-6 C
V = 100 V

Ditanyakan : C & W = ?
Besar kapasitas kapasitor :

\begin{align*}
C &= \frac{q}{V} \\
&= \frac{5\cdot 10^{-6}}{100} \\
&= 5\cdot 10^{-8} \\
&= 50 \cdot 10^{-9} \\
&= 50\quad \textrm{nF}
\end{align*}

Energi yang tersimpan :

\begin{align*}
W&= \frac{1}{2}CV^2 \\
&= \frac{1}{2}\cdot 50\cdot 10^-9 \cdot (100)^2 \\
&= 25\cdot 10^{-5} \\
&= 2,5\cdot 10^{-4}\quad \textrm{J}
\end{align*}

Jawaban : D

Contoh Soal Nomor 9.
Jika jarak antara keping-keping sebuah kapasitor keping sejajar bermuatan diperkecil ….
A. kapasitansi tetap
B. kapasitansi berkurang
C. tegangan naik
D. energi berkurang
E. energi bertambah

Pembahasan :
Jika jarak antara keping-keping sebuah kapasitor keping sejajar bermuatan diperkecil, naka kapasitas kapasitornya akan naik, sehingga energinya akan bertambah.

Jawaban : E

Contoh Soal dan Pembahasan Kapasitor Keping Sejajar

Contoh Soal Nomor 10.
Perhatikan gambar dua pasang kapasitor keping sehahar berikut.

Jika A₁ = $\frac{1}{3}$A₂ dan d₂ = 2d₁, perbandingan kapasitas kapasitor keping sejajar antara gambar (1) dan gambar (2) adalah ….
A. $\frac{2}{5}$
B. $\frac{2}{3}$
C. $\frac{3}{4}$
D. $\frac{3}{2}$
E. $\frac{4}{3}$

Pembahasan :

\begin{align*}
\frac{C_1}{C_2} &= \frac{\varepsilon _o \frac{A_1}{d_1}}{\varepsilon _o \frac{A_2}{d_2}} \\
\frac{C_1}{C_2} &= \frac{\frac{1}{3}}{\frac{1}{2}} \\
\frac{C_1}{C_2} &= \frac{2}{3}
\end{align*}

Jawaban : B

Contoh Soal Nomor 11.
Enam keping kapasitor identik yang masing-masing besarnya C disusun seperti gambar berikut.

Besar kapasitas penggantinya adalah ….
A. $\frac{3}{10}C$
B. $\frac{2}{5}C$
C. $\frac{3}{5}C$
D. $\frac{8}{3}C$
E. $\frac{10}{3}C$

Pembahasan :
C_paralel = C + C + C = 3C

\begin{align*}
\frac{1}{C_{tot}} &= \frac{1}{C} +\frac{1}{3C} +\frac{1}{C} + \frac{1}{C}\\
&= \frac{3}{3C} +\frac{1}{3C} +\frac{3}{3C} + \frac{3}{3C}\\
&= \frac{10}{3C} \\
C_{tot} &= \frac{3}{10}C
\end{align*}

Jawaban : A

Contoh Soal Nomor 12.
Jika sebuah kapasitor yang diberi muatan 4 x 10^-8 C mempunyai beda potensial 100 V antara pelat-pelatnya, besar energi yang tersimpan di dalamnya adalah ….
A. 1,5 x 10^-6 J
B. 2,0 x 10^-6 J
C. 1,5 x 10^-5 J
D. 5,0 x 10^-4 J
E. 2,0 x 10^-4 J

Pembahasan :

\begin{align*}
W &= \frac{1}{2}CV^2\\
&= \frac{1}{2}\cdot 4\cdot 10^{-8}\cdot (100)^2\\
&= 2,0\cdot 10^{-4} \quad \textrm{J}
\end{align*}

Jawaban : E