Saturday, 8 October 2016

Pembahasan Fisika UN: Kapasitor dan Rangkaian Kapasitor

Pembahasan Fisika UN: Kapasitor dan Rangkaian Kapasitor, elektrolit

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Kapasitor dan Rangkaian Kapasitor.

Soal tentang Kapasitor UN 2009

Kapasitas kapasitor keping sejajar yang diberi muatan dipengaruhi oleh:
  1. konstanta dielektrik
  2. tebal plat
  3. luas plat
  4. jarak kedua plat
Pernyataan yang sesuai adalah ….

A.   2
B.   1 dan
C.   2 dan 4
D.   2 dan 3
E.   1, 3, dan 4




Pembahasan

Rumus yang berlaku untuk kapasitas kapasitor keping sejajar adalah

Rumus kapasitor keping sejajar

dengan:

C : kapasitas kapasitor
ε  : permitivitas dielektrikum (penyekat)
A : luas keping kapasitor
d : jarak antarkeping

Berdasarkan keterangan di atas, pernyataan yang tidak sesuai hanya pernyataan nomor 2.

Jadi, pernyataan yang sesuai dengan kapasitor adalah pernyataan nomor 1, 3, dan 4 (E).

Soal tentang Kapasitor UN 2012

Kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas C.

Kapasitor keping sejajar

Jika jarak kedua keping diubah menjadi ½-nya dan di antara kedua keping disisipi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik 2, kapasitasnya menjadi ….

A.   ½ C
B.   ¼ C
C.   2 C
D.   4C
E.   6C



Pembahasan

Kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas C. 

C1 = C

Jarak kedua keping diubah menjadi ½-nya. 

d2 = ½ d1

Di antara kedua keping disisipi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik 2 (konstanta dielektrikum semula dianggap 1).

ε1 = 1
ε2 = 2

Pernyataan soal maupun gambar tidak menyebutkan adanya pengubahan pada luas keping. Berarti luas keping konstan.

Rumus yang berlaku untuk kapasitor keping sejajar adalah

Rumus kapasitor keping sejajar

Karena luas keping konstan maka:

Hubungan kapasitas kapasitor dengan konstanta dielektrikum dan jarak antarkeping
 C2 = 4C

Jadi, kapasitas kapasitor tersebut menjadi 4C (D).

Soal Rangkaian Kapasitor UN 2015

Perhatikan gambar rangkaian kapasitor di bawah ini!

Rangkaian kapasitor seri dan paralel

Nilai muatan total pada rangkaian kapasitor tersebut adalah ... (1 μF = 10−6 F).

A.   0,5 μC
B.   1 μC
C.   2 μC
D.   4 μC
E.   6 μC




Pembahasan

Untuk menentukan nilai muatan total, kita cari dulu nilai pengganti kapasitor totalnya. Penghitungan kapasitor pengganti kebalikan dari penghitungan resistor pengganti.

3 kapasitor yang atas adalah identik (nilai kapasitasnya sama) dan tersusun seri. Sehingga nilai kapasitas penggantinya dapat ditentukan dengan rumus

Rumus rangkaian kapasitor seri identik
      = 1 μF

Sedangkan 2 kapasitor yang bawah tersusun paralel dan identik. Nilai kapasitor penggantinya adalah

Cp = nC
     = 2 × 0,5 μF
     = 1 μF

Sementara itu, antara rangkaian kapasitor yang atas (Cs) dan rangkaian kapasitor yang bawah (Cp) tersusun paralel. Sehingga kapasitas totalnya adalah 

C = Cs + Cp
   = 1 μF + 1 μF
   = 2μF

Dengan demikian, nilai muatan totalnya adalah 

Q = CV
    = 2 μF × 3 volt
    = 6 μC

Jadi, muatan total rangkaian kapasitor di atas adalah 6 μC (E).

Soal Rangkaian Kapasitor UN 2014

Lima kapasitor C1, C2, C3, C4, dan C5 disusun seperti gambar berikut dan dihubungkan dengan sumber tegangan 6 V.

Rangkaian kapasitor seri dan paralel, Besar muatan listrik pada kapasitor C1

Muatan listrik pada kapasitor C1 adalah ... (1 μ = 10−6 )

A.   9 μC
B.   18 μC
C.   27 μC
D.   36 μC
E.   45 μC




Pembahasan

Besar muatan listrik pada kapasitor C1 merupakan muatan total (karena belum bercabang). Sehingga kita harus menentukan terlebih dahulu kapasitas totalnya.

Kapasitor C2 dan C3 tersusun seri sehingga kapasitas penggantinya adalah

Penghitungan kapasitas pengganti rangkaian kapasitor seri
       = 2 μF

Kapasitor seri tersebut tersusun paralel dengan kapasitor C4. Nilai kapasitas penggantinya adalah 

Cp = Cs + C4
     = 2 μF + 7 μF
     = 9 μF

Sedangkan antara C1, Cp, dan C5 tersusun seri. Sehingga kapasitas totalnya adalah

Pengitungan kapasitas total yang tersusun seri tidak identik
      = 4,5 μF

Dengan demikian, muatan listrik yang mengalir pada kapasitor C1 adalah 

Q = CV
    = 4,5 μF × 6 V
    = 27 μC

Jadi, besar muatan listrik pada kapasitor C1 adalah 27 μC (C).

Soal Rangkaian Kapasitor UN 2013

Perhatikan gambar rangkaian kapasitor ini!

5 kapasitor tersusun seri dan paralel, besar energi listrik pada rangkaian tersebut

Besar energi listrik pada kapasitor gabungan adalah ... (1 μF = 10−6 F).

A.   1,44 × 10−4 joule
B.   2,88 × 10−4 joule
C.   5,76 × 10−4 joule
D.   7,20 × 10−4 joule
E.   8,34 × 10−4 joule




Pembahasan

Kita tentukan dulu kapasitas totalnya.

Kapasitor 7 μF dan 5 μF tersusun paralel, sebut saja Cp1. 

Cp1 = 7 μF + 5 μF
       = 12 μF

Kapasitor 4 μF dan 2 μF juga tersusun paralel, sebut saja Cp2. 

Cp2 = 4 μF + 2 μF
       = 6 μF

Sedangkan Cp1, Cp2, dan kapasitor 4 μF yang ada di tengah, tersusun seri. Sehingga kapasitas gabungannya adalah

Kapasitas kapasitor susunan seri
      = 2 μF

Dengan demikian, energi listrik rangkaian di atas adalah 

W = ½ CV2
    = ½ × 2×10−6 × 242
    = 576 × 10−6
    = 5,76 × 10−4

Jadi, besar energi listrik pada rangkaian tersebut adalah 5,76 × 10−4 joule (C).

Pembahasan soal Rangkaian Kapasitor yang lain bisa dilihat di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 29
Pembahasan Fisika UN 2015 No. 34
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 36

Simak juga, Pembahasan Fisika UN: Listrik Dinamis.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.

No comments:

Post a Comment

Maaf, komentar yang tidak berhubungan dengan konten, banyak mengandung singkatan kata, atau mengandung link aktif, tidak kami tayangkan.

Komentar Anda akan kami moderasi sebelum kami tayangkan. Centang 'Notify me' agar Anda mendapat pemberitahuan lewat email bahwa komentar Anda sudah ditayangkan