ohmedfisika: Soal dan Pembahasan Kapasitor

Contoh Soal dan Pembahasan Kapasitor .

Soal No. 1

Perhatikan gambar berikut ! 3 buah kapasitor X, Y dan Z disusun seperti gambar.

Jika saklar S ditutup tentukan :
a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian
b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian
c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z menurut prinsip rangkaian seri
d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z
e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X
f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y
g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X
h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y
i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z
j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian
k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X
l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y
m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z
(Sumber gambar dan angka : Soal Ujian Nasional Fisika SMA 2007/2008)
Pembahasan
a) Paralel antara kapasitor X dan Y didapatkan kapasitor ekivalennya namakan C_xy :
$\100dpi \\C_{xy}=C_x+C_y\\ C_{xy}=6+6=12\,\,F$
Sekarang rangkaian menjadi lebih sederhana yaitu terdiri dari C_xy yang diseri dengan C_z yang menghasilkan kapasitas pengganti namakan C_tot :
$\100dpi \\\frac{1}{C_{tot}}=\frac{1}{C_{xy}}+\frac{1}{C_{z}}\\ \frac{1}{C_{tot}}=\frac{1}{12}+\frac{1}{12}=\frac{2}{12}\\ C_{tot}=\frac{12}{2}=6\,\,F$
b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian namakan Q_tot
$\100dpi Q_{tot}=C_{tot}\,V_{tot}=6(24)=144\,\,C$
c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z namakan Q_z
Untuk rangkaian kapasitor seri berlaku :
$\100dpi \\Q_{xy}=Q_{z}=Q_{tot}\\ Q_{z}=144\,\,C$
d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z namakan V_z
$\100dpi V_z=\frac{Q_z}{C_z}=\frac{144}{12}=12\,\,Volt$
e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X dan kapasitor Y adalah sama karena dirangkai paralel
$\100dpi V_{x}=V_{xy}=\frac{Q_{xy}}{C_{xy}}=\frac{144}{12}=12\,\,Volt$
f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y sama dengan X
$\100dpi V_{y}=V_{x}=12\,\,Volt$
g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X saja (bukan gabungan antara X dan Y, sehingga hasilnya tidak akan sama dengan C_tot)
$\100dpi Q_{x}=C_{x}\,V_x=6(12)=72\,\,C$
h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y
$\100dpi Q_{y}=C_{y}\,V_y=6(12)=72\,\,C$
i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z
$\100dpi Q_{z}=C_{z}\,V_z=12(12)=144\,\,C$
j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian
Rumus umum untuk menghitung energi pilih salah satu
$\100dpi \\W=\frac{1}{2}CV^2\\ W=\frac{1}{2}\frac{Q^2}{C}\\ W=\frac{1}{2}QV$
Sehingga
$\100dpi \\W_{tot}=\frac{1}{2}\,C_{tot}V_{tot}^2=\frac{1}{2}\,(6)(24)^2=1728\,\,joule$
k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X
$\100dpi \\W_{x}=\frac{1}{2}\,C_{x}V_{x}^2=\frac{1}{2}\,(6)(12)^2=432\,\,joule$
l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y
$\100dpi \\W_{y}=\frac{1}{2}\,C_{y}V_{y}^2=\frac{1}{2}\,(6)(12)^2=432\,\,joule$
m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z
$\100dpi \\W_{z}=\frac{1}{2}\,C_{z}V_{z}^2=\frac{1}{2}\,(12)(12)^2=864\,\,joule$
Soal No. 2
Diberikan susunan 3 buah kapasitor yang dipasang pada sumber 24 Volt seperti gambar berikut!

Jika saklar S ditutup, tentukan :
a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian
b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian
c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z
d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z
e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X
f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y
g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X
h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y
i) Energi yang tersimpan dalam rangkaian
j) Energi yang tersimpan pada kapasitor X
k) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y
l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z

ohmedfisika

Soal dan Pembahasan Kapasitor

Tidak ada komentar:

Posting Komentar