materi fisika

1. POTENSIAL LISTRIK DAN KAPASITOR
1.1 Latar Belakang
Setiap hari kita sering memanfaatkan adanya potensial listrik dalam sebuah
perangkat kelistrikan contohnya radio, televisi dan bahkan komputer atau laptop. Kita juga
sering menggunakan alat yang terdiri dari komponen bernama kapasitor. Namun kita sering
tidak mau tahu tentang apa dan bagaimana alat yang kita gunakan bekerja, sehingga bila
ada kerusakan atau kesalahan dalam menggunakan kita sering tidak sadar dan berakibat
fatal bagi perangkat tersebut.
Selain itu kita sering susah membedakan antara potensial listrik dengan medan
listrik,tegangan listrik, hambatan listrik maupun kuat arus listrik. Namun bukan itu yang
akan kami jelaskan dalam makalah kali ini, melainkan apa itu potensial listrik dan kapasitor
serta apa hubungan potensial listrik dan kapasitor itu sendiri dalam judul makalah Potensial
Listrik dan Kapasitor.potensial listrik dan kapasitor.
Potensial listrik merupakan besaran saklar yang berkaitan dengan kerja dan energi
potensial pada medan listrik. potensial listrik juga dapat di artikan sebagai kerja luar yang
dilakukan untuk memindahkan suatu muatan dari satu titik ke titik lain dalam medan listrik
serta merupakan kuantitas saklar. Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa potensial listrik
merupakan energi potensial persatuan muatan.
1.2 Rumusan Masalah
1. Apa itu potensial listrik ?
2. Bagaimana prinsip kerja potensial listrik?
4. Apa itu kapasitor ?
5. Bagaimana prinsip kerja kapasitor ?
1.3 Tujuan Makalah
1. Pembaca dapat memahami apa itu potensial listrik dan kapasitor.
2. Pembaca dapat memahami prinsip kerja potensial listrik dan kapasitor.
3. Pembaca dapat memahami cara menghitung potensial listrik.
4. pembaca dapat memahami cara menghitung kapasitas kapasitor.
1.4 Batasan Masalah
1. Pengertian potensial listrik.
2. Prinsip kerja potensial listrik.
3. Cara menghitung potensial listrik.
4. Pengertian kapasitor.
5. Prinsip kerja kapasitor.
6. Cara penghitungan kapasitor.
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Potensial Listrik
Agar terjadi aliran muatan (arus listrik) dalam suatu rangkaian tertutup, maka
haruslah ada beda potensial/beda tegangan di kedua ujung rangkaian. Beda potensial
listrik adalah energi tiap satu satuan muatan. Dua buah benda bermuatan listrik yang
terletak berdekatan akan mengalami gaya listrik di antara keduanya. Suatu usaha
diperlukan untuk memindahkan (atau menggeser) salah satu muatan dari posisinya semula.
Karena usaha merupakan perubahan energi, maka besar usaha yang diperlukan sama
dengan besar energi yang dikeluarkan. energi dari muatan listrik disebut energi potensial
listrik. Beda potensial dari suatu muatan listrik di suatu titik di sekitar muatan tersebut
dinyatakan sebagai potensial mutlakatau biasa disebut potensial listrik saja.
Potensial listrik didefinisikan sebagai perubahan energi potensial tiap satuan
muatan ketika sebuah muatan uji dipindahkan dari suatu titik yang potensialnya berbeda.
Jika dirumuskan maka cara mencari potensial listrik menggunakan rumus:
𝑉 = 𝑘
𝑄
𝑟
Keterangan:
V = Potensial listrik (volt)
k = Konstanta Coulomb (9 x 109 Nm2/C2 )
Q = Muatan (C)
r = Jarak sebuah titik ke muatan (m)

2. Potensial listrik berbeda dengan gaya listrik atau medan listrik. Gaya listrik atau
medan listrik merupakan besaran vektor sedangkan potensial listrik merupakan besaran
skalar. Sehingga dalam perhitungan potensial listrik tanda muatan dimasukkan dalam
persamaan.
Hubungan potensial listrik dengan Medan listrik
V = E . d
Contoh soal dan Pembahasan
1. Sebuah bola konduktor memiliki rapat muatan permukaan 20 mC/m2 dan diameter 16
cm. Berapa Potensial dititik yang berjarak 10 cm dari pusat bola?
Diketahui:
Q/A = 20 mC/m2 = 0,02 C/m2
D = 16 cm maka R = 8 cm = 0,08 m
Ditanya: V pada R = 10 cm = 0,1 m
Jawab :
Hitung terlebih dahulu Q
Q = 0,02 C/m2 x A = 0,02 C/m2 x 4πR2 = 0,02 C/m2 x 4π(0,08 m)2
Q = 5,12 π 10-6 C
Menghitung V
V = k Q/R = 9 x 109 Nm2/C2 x 5,12 π 10-6 C / 0,1 m = 46,08 π 104 V = 460,8 π kV
2. Berapa besar potensial mutlak di titik C dan B?
Menghitung Vc
Vc = k Qa / Ra + k Qd / Rd
Vc = 9 x 109 Nm2/C2 ( 2 x 10-10 C/0,8 m + (-1 x 10-10 C/0,2 m ))
Vc = 9 x 109 Nm2/C2 (2,5 . 10-10 C/m - 5 x 10-10 C/m)
Vc = 2,25 V
Menghitung Vb
Vb = k Qa / Ra + k Qd / Rd
Vb = 9 x 109 Nm2/C2 (2 x 10-10 C/0,2 m + (-1 x 10-10 C/0,8 m ))
Vb = 9 x 109 Nm2/C2 (10 . 10-10 C/m - 5 x 10-10 C/m)
Vb = 7,87 V
Potensial listrik yaitu energi potensial tiap satu satuan muatan positif.
Potensial listrik termasuk besaran skalar, dan secara matematis dapat dirumuskan:
Beda potensial (tegangan) antara dua titik yang berada di dalam medan listrik
homogen, yaitu:
Beda potensial kadang-kadang ditulis dengan persamaan ΔV = V1 – V2, untuk selanjutnya
hanya ditulis V saja. Sesuai dengan batasan di atas, potensial listrik suatu titik sejauh r dari
muatan q besarnya dapat dinyatakan sebagai berikut:
V = Ep / q
Keterangan :
V = potensial listrik (volt)
q = muatan listrik (coulomb)
r = jarak (meter)
Keterangan:
E = medan listrik (N/C)
d = jarak 2 keping (m)

3. Jika terdiri atas beberapa muatan sumber, besarnya potensial listrik adalah jumlah
aljabar biasa dari masing-masing potensial. Misalnya, kumpulan muatan sumber adalah q1, q2,
dan q3, maka potensial listrik pada titik P adalah:
Potensial listrik merupakan besaran skalar, sehingga dalam memasukkan tanda positif
atau negatif pada muatan harus dengan benar.
Contoh soal dan Pembahasan
1. Bola kecil bermuatan +2 μC , -2 μC , 3 μC , dan -6 μC diletakkan di titik-titik sudut
sebuah persegi yang mempunyai panjang diagonal 0,2 m. Hitung potensial listrik di
titik pusat persegi!
Penyelesaian:
Diketahui:
q1 = +2 μC = 2 × 10-6 C
q2 = -2 μC = -2 × 10-6 C
q3= 3 μC = 3 × 10-6 C
q4 = -6 μC = -6 × 10-6 C
Panjang diagonal = 2 × 10-1 m, sehingga jarak tiap-tiap muatan dari titik pusat
r1 = r2 = r3 = r4 = ½ (2×10-1)
r = 10-1 m
Ditanya: VP = ... ?
Pembahasan :
2.2 Prinsip kerja Potensial Listrik
Suatu muatan uji hanya dapat berpindah dari satu posisi ke posisi lain yang
memiliki perbedaan potensial listrik sebagaimana benda jatuh dari tempat yang memiliki
perbedaan ketinggian. Besaran yang menyatakan perbedaan potensial listrik adalah beda
potensial. Beda potensial dari sebuah muatan uji q’ yang dipindahkan ke jarak tak
berhingga dengan usaha W adalah Dimana V adalah potensial listrik dengan satuan volt
(V). Beda potensial dari suatu muatan listrik di suatu titik di sekitar muatan tersebut
dinyatakan sebagai potensial mutlak atau biasa disebut potensial listrik saja. Potensial
listrik dari suatu muatan listrik q di suatu titik berjarak r dari muatan tersebut dapat
dinyatakan sebagai berikut
Dari persamaan di atas tampak bahwa potensial listrik dapat dinyatakan dalam bentuk kuat
medan listrik, yaitu
Berbeda dengan gaya listrik dan kuat medan listrik, potensial listrik merupakan
besaran skalar yang tidak memiliki arah. Potensial listrik yang ditimbulkan oleh beberapa
muatan sumber dihitung menggunakan penjumlahan aljabar. Untuk n muatan, potensial
listriknya dituliskan sebagai berikut.
Catatan: tanda (+) dan (–) dari muatan perlu diperhitungkan dalam perhitungan potensial
listrik.
Contoh Soal :
V = E r
r1= jarak antara q1 ke P
r2 = jarak q2 ke P
r3 = jarak q3 ke P.

4. 1. Jika medan listrik antara dua plat paralel sebesar 2400 N/C dan jarak antar kedua
plat 0,5 cm, maka beda potensialnya adalah...
Diketahui : Ditanya :
E = 2.400 N/C V?
r = 0,005 m
Jawab :
V = E . r
V = 2.400 N/C . 0,005 m = 12 V
2.3 Kapasitor
Pada awal penyelidikan listrik tidak ada cara untuk dapat menyimpan muatan listrik
dalam waktu yang lama. Bahkan ketika benda bermuatan diletakkan pada tempat
berisolasi pun, muatan cenderung bocor.
Pada tahun 1746 di Universitas Leyden, Pieter Van Musschenbroek (1692-1761)
mencoba menyimoan sejumlah besar muatan listrik. Hasilnya adalah suatu peralatan yang
secara luas dikenal sebagai botol Leyden. Botol Leyden adalah sebuah botol kaca dengan
dinding dalam dan luarnya dilapisi oleh daun logam.
Botol Leyden menjadi dasar dari penelitian-penelitian listrik selama 50 tahun
berikutnya. Botol Leyden adalah “condenser” pertama atau yang sekarang kita sebut
kapasitor, yaitu suatu peralatan yang dapat menyimpan muatan dan energy listrik.
Kapasitor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk menyimpan muatan
dan energi listrik. Pada prinsipnya, kapasitor terdiri dari dua konduktor yang berdekatan
namun terpisah satu sama lain, yang membawa muatan yang sama besar namun
berlawanan jenis. Kedua konduktor tersebut dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator)
yang disebut bahan (zat) dielektrik. Zat dielektrik yang digunakan sebagai menyekat akan
membedakan jenis kapasitor, seperti kertas, mika, plastik, pasta dan lain sebagainya.
2.3.1 Mengenal Kapasitor
Sebuah Kapasitor terdiri atas dua keeping konsuktor yang ruang di antaranya diisi
oleh dielektrik (penyekat), misalnya udara atau kertas. Kemampuan kapasitor untuk
menyimpan muatan listrik dinyatakan oleh besaran kapasitas (atau kapasitansi). Satuan SI
dari kapasitas adalah farad(F), namun ukuran kapasitas kapasitor yang sering digunakan
dinyatakan dalam microfarad (µF), nanofarad (nF), dan pikofarad (pf).
1 µF = 10-6 F ; 1 nF = 10-9 F ; 1 pF = 10-2 F
2.3.2 Jenis- Jenis Kapasitor
a. Kapasitor Kertas
Kertas berfungsi sebagai bahan penyekat diantara kedua pelat.
Kapasitor jenis ini memiliki kapasitas 0,1 µF
a. Kapasitor Elektrolit
Pada kapaitor elektrolit, bahan penyekatnya adalah aluminium oksida.
Kapasitor elektrolit memiliki kapasitas paling besar, yaitu sampai dengan
100.000 pF.
b. Kapasitor Variabel
Kapasitor Variabel adalah kapasitor dengan nilai kapasitas dapat
diubah-ubah, sehingga digunakan untuk memilih frekuensi gelombang pada
radio penerima. Penyekatnya adalah udara, dengan nilai maksimum
kapasitasnya sampai dengan 500 pF (0,0005 µF)
2.3.3 Kapasitansi
Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat
menampung muatan elektron.
Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron.
Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki
kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron
sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :
Q = C.V
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farads)
V = besar tegangan dalam V (volt)

5. Dari rumus tersebut dapat diturunkan rumus kapasitansi kapasitor, yaitu :
C = Q/V
1 F = 1 coulumb/volt
Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas
area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k)
bahan dielektrik. Dengan rumusan dapat ditulis sebagai berikut :
C = (8.85 x 10-12) (k A/t)
2.3.4 Sifat-sifat dari kapasitor, yaitu :
a. Dapat menyimpan dan mengosongkan muatan listrik.
b. Tidak dapat mengalirkanarus searah.
c. Dapat mengalirkan arus bolak-balik.
d. Untuk arus bolak-balik berfrekuensi rendah.
e. Kapasitor dapat menghambat arus.
Menurut pemasangannya dalam rangkaian listrik, kapasitor dibedakan menjadi
kapasitor berpolar yang mempunyai kutub positif dan negatif. dan juga kapasitor
nonpolar, yang tidak mempunyai kutub, bila dipasang pada rangkaian arus bolak-balik
(AC).
2.3.5 Fungsi Kapasitor
Fungsi dari kapasitor, yaitu :
a. Menyimpan muatan listrik.
b. Memilih gelombang radio (tuning).
c. Sebagai perata arus pada rectifier.
d. Sebagai komponen rangkaian starter kendaraan bermotor.
e. Memadamkan bunga api pada sistem pengapian mobil.
f. Sebagai filter dalam catu daya (power supply)
2.3.6 Formulasi Kapasitas Kapasitor Keping Sejajar dan Bola Konduktor
Untuk menghitung kapasitas kapasitor, kita tentukan dahulu kuat medan listrik
homogen, E, dalam ruang antara kedua keeping, kemudian kita hitung V dan E.
1. Kapasitas Kapasitor Keping Sejajar
Kapasitas kapasitor keping sejajar adalah :
1. Sebanding dengan luas keping
2. Sebanding dengan permitivitas bahan penyekat ε
3. Berbanding terbalik dengan jarak pisah antarkeping d.
Secara matematis kapasitas kapasitor keping sejajar dinyatakan dengan persamaan :
Kuat medan listrik, E, dalam ruang antarkeping sejajar adalah
E = σ/є0, dengan rapat muatan σ = q/A. dengan demikian,
Kapasitas Kapasitor Keping
ε0 : permitivitas vakum/udara = 8,85 x 10-12 dalam SI
A : luas tiap keeping

6. d : jarak pisah antarkeping
Contoh Soal
1. Kapasitor keping sejajar dengan luas penampang masing-masing keping adalah 50
cm2 tanpa bahan pengisi (berisi udara). Jarak antar keping adalah 2 cm dan kedua
keping diberi beda potensial 120 volt. Jika εo adalah 8,85 x 10− 12 C2 N − 1 − 2
tentukan :
a) kapasitas kapasitor b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor
c) kuat medan listrik antara kedua keping
Pembahasan
a) kapasitas kapasitor
b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor
c) kuat medan listrik antara kedua keping
2. Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas 1200 μF. Jika luas penampang
keping dijadikan dua kali semula dan jarak antar keping dijadikan 1,5 kali semula,
tentukan nilai kapasitasnya yang baru!
Pembahasan
3. Jika muatan dan kapasitas kapasitor diketahui berturut-turut sebesar 5 μC dan 20 μF ,
tentukan beda potensial kapasitor tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
q = 5 μC= 5 ×10-6 C
C = 20 μF = 2 × 10-5 F
Ditanya: V ... ?
Pembahasan :
4. Sebuah kapasitor mempunyai luas bidang cm2 dan jarak kedua bidang 0,4 cm. Apabila
muatan masing-masing bidang 4,425 μC dan permitivitas listrik udara 8,85 × 10-12
C2N-1m-2, tentukan:
a. kapasitas kapasitor
b. kapasitas kapasitor apabila diberi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik 5
c. beda potensial antara kedua bidang kapasitor!
Diketahui:
A = 4 cm2 = 4 × 10-4 m2
d = 0,4 cm = 4 × 10-3 m
q = 4,425 μC = 4,425 × 10-6 C
ε0 = 8,85 × 10-12 C2N-1m-2
K = 5
Ditanya:
a. C = ... ?

7. b. C dengan K = 5 ... ?
c. V = ... ?
Pembahasan :
2. Kapasitas Bola Konduktor
Pada bola konduktor akan timbul potensial apabila diberi muatan. Berarti, bola
konduktor juga mempunyai kapasitas. Dari persamaan C = q/V, dan V = (kq)/r, kapasitas
bola konduktor dapat dirumuskan:
C = r/k
C = 4πε0r
Contoh soal :
1. Kapasitor bola berongga memiliki jari-jari sebesar 1,8 cm. Jika 1/4πεo = 9 x 109 dalam
satuan internasional, tentukan kapasitas kapasitor!
Pembahasan
Kapasitas kapasitor bola denganjari-jari R :
2.3.7 Rangkaian Kapasitor
Seperti halnya hambatan listrik, kapasitor juga dapat dirangkai seri, paralel, atau
campuran antara seri dan paralel. Untuk rangkaian seri dan paralel pada kapasitor, hasilnya
berlainan dengan rangkaian seri dan paralel pada hambatan.
1. Rangkaian Seri Kapasitor
Untuk memperoleh nilai kapasitas kapasitor yang lebih kecil daripada
kapasitas semula adalah dengan menyusun beberapa kapasitor secara seri. Apabila
rangkaian kapasitor seri diberi beda potensial, pada setiap kapasitor memperoleh
jumlah muatan yang sama, meskipun besar kapasitasnya berlainan.
q1 = q2 = q3 = qtotal ................ 1
Apabila beda potensial kapasitor seritersebut VAB = Vs, berlaku persamaan:
VAB = Vs = V1 + V2 + V3 ...............2
Karena V = q/C, maka:
Berdasarkan persamaan (1),maka:
Kedua ruas dibagi q, akan diperoleh:
untuk n kapasitor yang dihubungkan secara seri, persamaan 1. menjadi:
Bentuk rangkaian kapasitor yang disusun seri ditunjukkan pada Gambar 4.

8. Contoh Soal :
1. Tiga kapasitor masing-masing berkapasitas 2 μF, 3 μF, dan 4 μF disusun seri,
kemudian diberi sumber listrik 13 volt. Tentukan potensial listrik masing-masing
kapasitor!
Penyelesaian:
Diketahui:
C1 = 2 μF
C2 = 3 μF
C3 = 4 μF
V = 13 volt
Ditanya:
a. V1 = ... ?
b. V2 = ... ?
c. V3 = ... ?
Pembahasan :
2. Rangkaian Paralel Kapasitor
Kapasitor yang dirangkai paralel, apabila diberi tegangan V setiap kapasitor
akan memperoleh tegangan yang sama, yaitu V, sehingga pada rangkaian kapasitor
paralel berlaku:
Vtotal = V1 = V2 = V3 ................................................ (3)
dengan menggunakan persamaan (1), maka akan diperoleh:
qtotal = q1 + q2 + q3 .................................................. (4)
Ctotal.Vtotal = C1.V1 + C2.V2 + C3.V3
Berdasarkan persamaan (3),maka diperoleh:
CP = C1 + C2 + C3 ............................................... (5)
Apabila terdapat n kapasitor, maka:
CP = C1 + C2 + C3 + ... + Cn ............................... (6)
Gambar 5. memperlihatkan bentuk rangkaian pada kapasitor yang disusun paralel.

9. Gambar 5. Rangkaian paralel kapasitor.
Contoh Soal :
1. Empat buah kapasitor dirangkai sepertipada gambar. Jika beda potensialnya 12 V,
tentukan:
a. kapasitas kapasitor penggantinya,
b. beda potensial listrik pada masing-masing kapasitor!
Diketahui:
C1 = 2 μF
C2 = 4 μF
C3 = 3 μF
C4 = 6 μF
Vab = 12 volt
Ditanya:
a. Cpengganti = ... ?
b. V1, V2, V3, V4 = ... ?
Pembahasan :
2.3.8 Energi Kapasitor
maka diperoleh:
Jadi, energi yang tersimpan pada kapasitor adalah:

10. Contoh Soal
1. Sebuah kapasitor mempunyai kapasitas 4 μF diberi beda potensial 25 volt. Berapakah
energi yang tersimpan?
Penyelesaian:
Diketahui:
C = 4 μF = 4 × 10-6 F
V = 25 volt
Ditanya: W = ... ?
Pembahasan :
W = ½ C.V2 = ½ (4 × 10-6)(25)2 =
1,25× 10-3 joule
2. Sebuah kapasitor 1,2 μF dihubungkan dengan 3 kV. Hitunglah energi yang tersimpan
dalam kapasitor!
Penyelesaian:
Diketahui:
C = 1,2 μF = 1,2× 10-6 F
V = 3 kV = 3.000 V
Ditanya: W = ... ?
Pembahasan :
W = ½ C. V2 = ½ (1,2× 10-6)(3.000)2 = 5,4 J
2.3.8 Contoh Gambar Kapasitor dan Simbol
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Dari analisa dan pembahasan di atas, dapat ditarik kesimpulan bahawa potensial listrik
adalah beda potensial dari suatu muatan listrik di suatu titik di sekitar muatan sehingga
membentuk perputaran muatan listrik dari positif ke negatif, potensial listrik disebut juga
tegangan listrik, dimana kapasitor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk
menyimpan muatan dan energi listrik dengan kapasitas kapasitansinya. Dengan begitu
hubungan antara potensial listrik dengan kapasitor adalah kapasitor digunakan untuk
menyimpan muatan dimana muatan itu sendiri bergerak, dan muatan itu disebut potensial
listrik. Tanpa potensial listrik sutatu rangkaian tertutup tidak akan bekerja karena tidakada
listrik yang bergerak.
Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Ada dua jenis
muatan listrik, yaitu muatan listrik negatif dan positif.Sumber energi listrik adalah benda yang
dapat menimbulkan arus listrik. Sumber energy listrik ada yang kecil dan ada yang besar.
Dengan membuat susunan Makalah tentang “Potensial listrik dan kapasitor” akhirnya
kami dapat memahami tentang
1. apa itu potensial listrik dan kapasitor.
2. prinsip kerja potensial listrik dan kapasitor.
3. cara menghitung potensial listrik.
4 cara menghitung kapasitas kapasitor.
3.2 Saran
Pemanfaatan energy listrik dalam kehidupan sehari-hari sangat besar. Pemanfaatan
listrik tersebut ditandai dengan adanya perubahan energi listrik. Energi listrik dapat diubah
menjadi energi panas, energi gerak, energi bunyi, dan energi cahaya. Namun, harus diingat
bahwa energy listrik bukanlah energy yang dapat diperbaharui. Itu berarti, ketika menggunakan
energy listrik harus efisien dan efektif.