Kapasitansi

Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang jenis-jenis kapasitor beserta fungsinya. Pada topik ini, kalian akan belajar tentang kapasitansi suatu kapasitor. Apa sih kapasitansi itu? Bagimana cara menentukan nilai kapasitansi suatu kapasitor? Nah, jangan bingung berikut ini analoginya.

        Bruno dan Nemro menyirami tanaman cabai yang ada di ladangnya karena sebentar lagi musim panen. Untuk menyirami cabainya, Bruno membawa ember yang berkapasitas 6 L, sedangkan Nemro membawa ember yang berkapasitas 3 L. Dalam sehari, Bruno cukup membawa satu ember air untuk menyirami cabainya, sedangkan Nemro membutuhkan 2 ember.
        Berdasarkan ilustrasi tersebut, terlihat bahwa Bruno hanya membutuhkan satu ember air untuk menyiram cabainya, sedangkan Nemro harus membawa dua ember air. Hal tersebut karena ember Bruno mampu menampung air yang lebih banyak daripada ember Nemro. Nah, begitu pula dengan kapasitor. Jika pengisi ember tersebut adalah air, maka bahan apakah yang mengisi kapasitor? Mau tau? Mau tau? Simak topik ini dengan saksama.

        Kapasitor merupakan komponen penyimpan energi karena di dalamnya terdapat muatan. Kemampuan kapasitor menyimpan muatan dinyatakan oleh besaran kapasitas (kapasitansi). Kapasitansi (C) didefinisikan sebagai perbandingan antara muatan q yang tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial V antara kedua konduktornya.

Satuan kapasitas adalah coulomb/volt atau diberi nama farad (F). Jadi, 1 farad = 1 C/V.
Pada umumnya, kapasitansi yang digunakan dalam rangkaian listrik diukur dalam satuan mikrofarad (μF) atau pikofarad (pF). Berikut konversi satuan kapasitansi ke dalam farad (F).

1 μF = 10-6 F
1 pF = 10-12 F
1 μF = 106 pF

        Misalkan terdapat dua buah kapasitor elco (elektrolit codensator), kapasitor pertama tertulis 47 μF dan kapasitor kedua 100 μF. Artinya, kapasitor pertama memiliki kapasitas sebesar 47 μF atau setara dengan 47× 10-6 F, sedangkan kapasitor kedua memiliki kapasitas sebesar 100 μF atau setara dengan 1× 10-4 F. Terdapat dua jenis kapasitor yang sering digunakan, yaitu sebagai berikut.

1. Kapasitansi keping sejajar

Pada kapasitor keping sejajar, masing-masing keping diberi muatan q yang sama. Bila luas tiap keping A, maka kuat medan listrik diantara kedua keping sejajar dirumuskan sebagai berikut.

Jika beda potensial kedua keping V dan jarak pisah kedua keping d , maka:

Jadi, kapasitas kapasitor keping sejajar adalah:

Persamaan di atas berlaku jika diantara keping sejajar tidak ada bahan penyekat (bahan penyekatnya udara atau vakum). Bila di dalamnya diisi bahan lain yang mempunyai konstanta dielektrik K, maka kapasitasnya menjadi:

Hubungan antara C0 dan C adalah C = KC0. Oleh karena ε = Kε0, maka didapatkan nilai . Konstanta dielektrik adalah perbandingan antara kapaitas dalam bahan penyekat (C) dan kapasitas dalam vakum (C0). Berdasarkan persamaan di atas, kapasitas suatu kapasitor akan berubah nilainya bila nilai K , A dan d diubah. Dalam hal ini, C tidak tergantung pada q dan V, artinya meskipun harga qdiubah-ubah, harga C tetap konstan.
Keterangan:
C = kapasitas kapasitor keping sejajar (F);
 = permitivitas vakum atau udara (8,85 × 10-12 C2/Nm2);
K = permitivitas relatif bahan (penyekat);
 = permitivitas bahan (penyekat);
A = luas tiap keping (m2); dan
d = jarak pisah kedua keping (m).

2. Kapasitansi bola

Potensial listrik di dalam dan di kulit bola berongga dirumuskan sebagai berikut.

Oleh karena  dengan memasukkan nilai V ke dalam persamaan kapasitas, akan kalian peroleh kapasitas kapasitor dalam bola, yaitu:

Persamaan kapasitansi bola konduktor berongga di atas menunjukkan bahwa kapasitansi bola sebanding dengan jari-jarinya dan tidak bergantung pada muatan bola serta beda potensialnya.