KAPASITOR AC DC

1.    Sebuah titik A yang bermuatan -10 mC berada di udara pada jarak 6 cm dari titik B yang bermuatan +9 mC. Hitunglah kuat medan di sebuah titik yang terletak 3 cm dari A den 9 cm dari B !

Jawab:

Misalkan titik C (diasumsikan bermuatan positif) dipengaruhi oleh kedua muatan QA den QB, maka :

EA = k.QA = (9.10E9) (10.10E-6) = 10E8 N/C
        RA2          (3.10E-2)²
EA = k.QB = (9.10E9) (10.10E-6) = 10 E87 N/C 
        RB²          (3×10E-2)² 

Jadi resultan kuat medan di titik C adalah :
EC = EA - EB = 9 × 107 N/C

2.    Sebuah massa m = 2 mg diberi muatan Q dan digantung dengan tali yang panjangnya 5 cm.  Akibat pengaruh medan listrik homogen sebesar 40 N/C yang arahnya horizontal, maka tali membentuk sudut 45° terhadap vertikal.  Bila percepatan gravitasi g=10 m/s², maka hitunglah muatan Q !

Jawab :

m = 2 mgram = 2.10-6 kg
Uraikan gaya-gaya yang bekerja pada muatan Q dalam koordinat (X,Y). Dalam keadaan akhir (di titik B benda setimbang) :

åFx = Þ T sinq = Q E ...... (1)
åFy = Þ T cosq = W ....... (2)

Persamaan (1) dibagi (2) menghasilkan
tg q = (QE)/w = (w tg q )/ E 
' v:shapes="_x0000_i1026"> = (2.10E-6) 10.tg45°
                                 40
= 0,5 mC

3.    Dua keping logam terpisah dengan jarak d mempunyai beda potensial V. Jika elektron bergerak dari satu keping ke keping lain dalam waktu t mendapat percepatan a den m = massa elektron,maka hitunglah kecepatan elektron !

Jawab :

Elektron bergerak dari kutub negatif ke positif.Akibatnya arah gerak elektron berlawanan dengan arah medan listrik E, sehingga elektron mendapat percepatan a
Gaya yang mempengaruhi elektron:
F = e E = e V/d .... (1)
F = m a = m v/t .... (2)
Gabungkan persamaan (1) den (2), maka kecepatan elektron adalah
V = eVt/md 

4.    Tentukan hubungan antara kapasitansi (C) suatu keping sejajar yang berjarak d dengan tegangannya (V) dan muatannya (Q) !

Jawab :

Kapasitas kapasitor dapat dihitung dari dua rumus, yaitu :
C = Q/V ... (1)
C = (K Îo A) / d ... (2)

Dari rumus (1), nilai kapasitas kapasitor selalu tetap, yang berubah hanya nilai Q dengan V sehingga C tidakberbanding lurus dengan Q den C tidak berbanding terbalik dengan V.  Dari rumus (2) terlihat bahwa nilai C tergantung dari medium dielektrik (K), tergantung dari luas keping (A) den jarak antar keping (d).

5.    Tiga buah kapasitor masing-masing kapasitasnya 3 farad, 6 farad den 9 farad dihubungkan secara seri, kemudian gabungan tersebut dihubungkan dengan tegangan 120 V. Hitunglah tegangan antara ujung-ujung kapasitor 3 farad !

Jawab :

Kapasitas gabungan ketiga kapasitor: 1/Cg = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 Þ Cg
= 18/11 F

Muatan gabungan yang tersimpan pada ketiga kapasitor 
Qg = Cg V = 18/11 . 110 = 180 coulomb

Sifat kapasitor seri : Qg = Q1 = Q2 = Q3, jadi tegangan pada kapasitor 3 F adalah V = Q1/C1 = Qg/C1 = 180/3 = 60 volt

6.    Satu buah TL dengan daya = 15 W, tegangan = 220 V, Faktor daya = 0,35 Maka :
P = V.I.Cos θ
I = P/V.Cos θ = 15/220x0,35 = 15/77 = 0,1948 A » 194,8 mA
Konsumsi yang dibutuhkan secara teori apabila Cos θ nya 0,9 adalah :
I = P/V.Cos θ = 15/220x0,9 = 0,0757 A » 75,7 mA

Berapa % penghematan :
194,8 – 75,7 = 119,05 » ±61%

Cara mencari nilai kapasitor :
Cos θ1 = 0,35 » θ1 = Cos-1 x 0,35 = 69,50
Cos θ2 = 0,9 » θ2 = Cos-1 x 0,9 = 25,840
Daya Nyata P1 = 15W
Daya Semu S1 = V.I = 42,856 VA
S1 = P/Cos θ = 15/0,35 = 42,857 VA
Daya Reaktif Q1 = S.Sin θ
= 42,857.Sin69,5
= 40,143 VAR
P2 = P1 = 15 W
S2 = V.I = 220x75,75Ma = 16,665VA
Q2 = S.Sin θ
= 16,665.Sin 25,84
= 7.26 VAR

Daya reaktif yang harus dihilangkan :
ΔQ = Q2 – Q1
= 7,26 – 40,143 = - 32,883 VAR

Jadi kapasitor yang digunakan untuk mendapatkan sudut (Phi) = 1 adalah :
C = Qc/-V2ω = - 32,882/2202x314 = 32,882/15197600 = 2,2 μF

Jadi untuk penghematan dengan beban diatas setelah dilakukan perhitungan kapasitor yang harus dipasang sebesar = 2,2 μF