Bagaimana cara kerja kapasitor? Di satu sisi, kapasitor mirip seperti baterai. Meskipun kapasitor dan baterai bekerja dengan cara yang sama sekali berbeda, namun keduanya sama-sama penyimpanan energi listrik. Jika Anda telah membaca bagaimana cara kerja baterai, maka Anda tahu bahwa baterai memiliki dua terminal. Di dalam baterai, reaksi kimia menghasilkan elektron pada satu terminal dan menyerap elektron pada terminal lain. Sebuah kapasitor jauh lebih sederhana daripada baterai, karena tidak dapat menghasilkan elektron baru – hanya menyimpannya.
Pada artikel ini , kita akan membahas apa itu kapasitor, cara kerja kapasitor, jenis-jenis kapasitor, dan bagaimana kapasitor digunakan dalam elektronika. Kita juga akan melihat sejarah kapasitor dan bagaimana beberapa orang telah membantu membuat kemajuan.
Apa itu Kapasitor?
Kapasitor merupakan perangkat di mana sifat elektrik utamanya adalah kapasitansi, yaitu kemampuan untuk menyimpan muatan listrik.
Kapasitor umumnya terdiri dari dua piring (konduktor seperti piring logam atau foil) dipisahkan satu sama lain oleh isolator, atau dielektrik, dengan masing-masing piring terhubung ke terminal.
Secara teori, dielektrik dapat berupa zat non-konduktif. Namun, untuk aplikasi praktis, material khusus yang digunakan adalah yang paling sesuai dengan fungsi kapasitor. Mika, keramik, selulosa, porselen, Mylar, Teflon, dan bahkan udara adalah beberapa bahan non-konduktif yang digunakan. Bahan dielektrik menentukan jenis kapasitor tersebut dan untuk apa penggunaannya yang paling cocok. Tergantung pada ukuran dan jenis dielektrik, beberapa kapasitor lebih baik untuk penggunaan pada frekuensi tinggi, sedangkan beberapa yang lain lebih baik untuk aplikasi pada tegangan tinggi.
Kapasitor dapat diproduksi untuk keperluan tujuan apapun, dari yang terkecil seperti kapasitor plastik di kalkulator Anda, sampai kapasitor ultra yang dapat memberi daya untuk bis komuter. NASA menggunakan kapasitor kaca untuk membantu membangun sirkuit pesawat ulang-alik dan membantu menyebarkan pesawat antariksa.
Penggunaan lain kapasitor adalah dalam rangkaian filter sinyal elektrik. Sebuah kapasitor yang bersifat kapasitansi dapat divariasikan penggunaannya dalam rangkaian tuning penerima radio dan televisi. Memvariasikan kapasitansi, merubah frekuensi resonansi dari rangkaian tuner sehingga sesuai dengan frekuensi stasiun atau saluran yang diinginkan, menyaring sinyal dari semua frekuensi lainnya.
Cara Kerja Kapasitor
Cara kerja kapasitor sangat terkait dengan kemampuan sebuah kapasitor untuk menyimpan muatan listrik yang berguna dalam mengendalikan aliran arus listrik.
Dalam sebuah sirkuit elektronik, bila Anda menghubungkan kapasitor ke baterai, inilah yang terjadi:
- Pelat pada kapasitor yang melekat pada terminal negatif baterai menerima elektron yang diproduksi baterai.
- Pelat pada kapasitor yang menempel ke terminal positif baterai kehilangan elektron ke baterai.
Setelah kapasitor di-charge, kapasitor memiliki tegangan yang sama seperti baterai (1,5 volt pada baterai berarti 1,5 volt pada kapasitor). Untuk kapasitor kecil, memiliki kapasitas kecil. Tapi untuk kapasitor besar, dapat menyimpan cukup banyak muatan listrik. Anda dapat menemukan kapasitor sebesar kaleng soda yang dapat menyimpan muatan listrik cukup untuk menyalakan lampu senter selama satu menit atau lebih.
Bahkan alam menunjukkan kapasitor yang bekerja dalam bentuk petir. Satu lempeng adalah awan, lempeng lainnya adalah tanah dan petir adalah muatan yang melepas antara dua “lempeng”. Jelas, dalam kapasitor yang besar, Anda dapat menyimpan muatan dalam jumlah besar!
Katakanlah Anda menghubungkan kapasitor seperti ini:
Di sini Anda memiliki baterai, bola lampu, dan sebuah kapasitor. Jika kapasitor cukup besar, apa yang akan Anda perhatikan adalah, ketika Anda menghubungkan baterai, bola lampu akan menyala saat arus mengalir dari baterai ke kapasitor untuk pengisian. Bola lampu akan semakin redup dan akhirnya padam setelah kapasitor mencapai kapasitasnya/penuh. Jika Anda kemudian melepaskan baterai dan menggantinya dengan kawat, arus akan mengalir dari satu pelat kapasitor ke pelat kapasitor lainnya. Bola lampu akan menyala awalnya dan kemudian redup sebagai pembuangan kapasitor, sampai benar-benar padam.
SEPERTI SEBUAH TOWER AIR
Salah satu cara untuk menggambarkan cara kerja kapasitor adalah dengan membayangkannya sebagai tower air yang tersambung dengan pipa. Sebuah menara air ‘menyimpan’ tekanan air – ketika sistem pompa air menghasilkan lebih banyak air daripada kebutuhan kota, selisih tersebut disimpan di menara air. Kemudian, pada saat permintaan tinggi, kelebihan air mengalir keluar dari menara untuk menjaga tekanan ke atas. Sebuah kapasitor menyimpan elektron dengan cara yang sama dan kemudian dapat melepaskan mereka nanti.
Jenis-jenis Kapasitor
Salah satu isolator yang digunakan kapasiotor adalah udara, kapasitor jenis ini yang paling bervariasi. Ada dua jenis kapasitor, kapasitor dengan variabel kapasitansi kontinyu dan kapasitor dengan kapasitansi tetap. Kapasitor variabel paling sering dibuat dari dua buah set pelat aluminium paralel yang disisipkan. Satu set piring adalah tetap, sementara yang lain bisa diputar. Rotasi mengubah luas efektif pelat, dengan demikian dapat memvariasikan kapasitansi.
Setelah kita mengetahui bagaimana cara kerja kapasitor, berikut ini adalah beberapa jenis kapasitor dan bagaimana mereka digunakan:
- Kapasitor Udara. Sering digunakan dalam rangkaian radio tuning
- Kapasitor mika terdiri dari lapisan alternatif dari mika dan aluminium foil dalam kantung plastik. Dengan begitu kapasitor tersusun rapat, tahan lama, dan stabil, kapasitor jenis ini digunakan dalam pekerjaan presisi.
- Kapasitor minyak atau cairan dielektrik terdiri dari pelat logam keras yang direndam dalam minyak atau cairan isolator lain. Seluruh unit disegel dalam wadah tahan bocor.
- Kapasitor Kaca. Baik untuk aplikasi tegangan tinggi
- Kapasitor keramik. Kapasitor jenis ini adalah silinder berongga dari bahan keramik, membentuk isolator, lempeng-lempengnya meruapakan film tipis dari logam yang diletakkan di atas permukaan bagian dalam dan luar dari silinder. Jenis lain adalah blok yang berisi banyak piring yang disisipkan dengan bahan keramik. Kedua jenis disegel dalam plastik untuk melindungi mereka dari kerusakan dan kelembaban. Kapasitor keramik jauh lebih digunakan dalam situasi yang melibatkan frekuensi sangat tinggi, seperti di televisi, antena, X-ray, dan mesin MRI.
- Kapasitor kertas. Dua foil logam yang dipisahkan oleh sebuah lapisan kertas atau film poliester. Lapisan lain kertas atau film ditempatkan di bagian luar salah satu bagian dari foil. Lapisan ini digulung, kemudian diresapi dengan minyak, dan disegel di dalam wadah kedap udara. Kapasitor kertas ini banyak digunakan.
- Kapasitor elektrolit. Salah satu konduktor terdiri dari logam -biasanya tantalum atau aluminium- yang diselimuti oleh lapisan oksida tipis. Lapisan oksida berfungsi sebagai isolator yang memisahkan logam dari elektrolit atau konduktor non logam lainnya. Jenis yang paling umum dari kapasitor elektrolit adalah blok tantalum dengan banyak pori-pori yang saling berhubungan oksida berjajar yang mengandung konduktor non-logam. Kapasitor elektrolit menyediakan kapasitansi dengan jumlah yang relatif besar untuk kapastor seukuran mereka.
Sejarah Kapasitor
Sejarah penemuan kapasitor sangat bervariasi, tergantung pada siapa Anda bertanya. Ada catatan yang menunjukkan seorang ilmuwan Jerman bernama Georg von Kleist Ewald menemukan kapasitor pada bulan November 1745. Beberapa bulan kemudian Pieter van Musschenbroek, seorang profesor Belanda di Universitas Leyden datang dengan perangkat yang sangat mirip dalam bentuk botol Leyden, yang umumnya diakui sebagai kapasitor pertama. Karena Kleist tidak memiliki rekaman dan catatan rinci, maupun karena ketenaran rekan Belandanya (Musschenbroek), dia sering diabaikan sebagai kontributor evolusi kapasitor. Namun, selama bertahun-tahun, keduanya telah diberi kredit yang sama seperti yang telah ditetapkan bahwa penelitian mereka adalah independen satu sama lain dan hanya sebuah kebetulan ilmiah.
Botol Leyden adalah perangkat yang sangat sederhana. Ini terdiri dari tabung kaca, setengah terisi dengan air dan bagian dalam dan luar dilapisi dengan kertas logam. Gelas bertindak sebagai dielektrik, meskipun itu dianggap untuk sementara waktu bahwa air adalah bahan utama. Biasanya ada kawat logam atau rangkaian yang menembus gabus di atas tabung. Rangkaian tersebut kemudian tersambung ke sesuatu yang akan menghantarkan muatan, kemungkinan besar sebuah generator statis yang digerakkan tangan. Setelah dikirimkan, tabung akan menampung dua muatan yang sama tetapi berlawanan dalam kesetimbangan sampai mereka terhubung dengan kawat, menghasilkan sedikit percikan atau sengatan arus.
Benjamin Franklin bekerja dengan botol Leyden dalam eksperimennya dalam kelistrikan dan segera menemukan bahwa potongan datar dari kaca bekerja sebaik model tabung, mendorong dia untuk mengembangkan kapasitor datar, atau Franklin square. Bertahun-tahun kemudian, kimiawan Inggris Michael Faraday akan memplopori aplikasi praktis pertama untuk kapasitor pada percobaan untuk menyimpan elektron yang tidak terpakai dari eksperimennya. Hal ini berujung pada kapasitor yang digunakan pertama kali, terbuat dari barel minyak besar. Kemajuan Faraday dengan kapasitor inilah yang akhirnya memungkinkan kita untuk memberikan tenaga listrik melalui jarak yang jauh. Sebagai hasil dari prestasi Faraday di bidang kelistrikan, unit pengukuran untuk kapasitor, atau kapasitansi, dikenal sebagai farad.
Farad
Potensi penyimpanan sebuah kapasitor, atau kapasitansi, diukur dalam satuan yang disebut Farad. Sebuah kapasitor 1 farad dapat menyimpan satu coulomb muatan pada 1 volt. Coulomb adalah 6.25e18 (6.25 * 10 ^ 18, atau 6250000000 milyar) elektron. Satu amp merepresentasikan laju aliran elektron dari 1 coulomb elektron per detik, jadi kapasitor 1 farad bisa menahan 1 amp-detik elektron pada 1 volt.
Sebuah kapasitor 1 farad biasanya akan memiliki ukuran yang cukup besar. Mungkin sebesar sebuah kaleng tuna atau botol soda 1 liter, tergantung dari tegangan yang dapat ditangani. Oleh karena itu, kapasitor biasanya diukur dalam satuan mikrofarad (sepersejuta farad).
Untuk mendapatkan beberapa perspektif tentang seberapa besar farad adalah, berpikir tentang hal ini:
- Sebuah baterai AA alkaline standar menampung sekitar 2,8 amp-jam.
- Itu berarti bahwa baterai AA dapat menghasilkan 2,8 amp untuk satu jam pada 1,5 volt (sekitar 4,2 watt-jam – baterai AA dapat menyalakan lampu 4 watt kurang lebih satu jam).
- Anggap saja tegangan 1 volt untuk membuat matematika lebih mudah. Untuk menyimpan energi satu buah baterai AA dalam kapasitor, Anda akan membutuhkan 3.600 * 2,8 = 10.080 farads untuk menahannya, karena amp-jam 3.600 amp-detik.
Jika itu membutuhkan sesuatu dengan ukuran sebuah kaleng tuna untuk menahan 1 farad, maka 10.080 farads akan mengambil lebih banyak ruang daripada baterai AA tunggal! Jelas, itu tidak praktis menggunakan kapasitor untuk menyimpan daya dengan jumlah yang signifikan kecuali jika Anda melakukannya pada tegangan tinggi.
Nah, itu bahasan kita pada artikel ini tentang apa itu kapasitor, cara kerja kapasitor, jenis-jenis kapasitor, sejarah kapasitor, dan bagaimana kapasitor digunakan dalam elektronika.. Semoga artikel ini bermanfaat dan menambah wawasan kita semua. Sumber.