Belajar Tentang Bidang Listrik dan Kapasitansi

Bidang Listrik dan Kapasitansi - Kapan pun ada tegangan listrik di antara dua konduktor terpisah, medan listrik ada di dalam ruang di antara konduktor tersebut. Dalam elektronika dasar, kita mempelajari interaksi tegangan, arus, dan hambatan karena berkaitan dengan rangkaian, yang merupakan jalur konduktif yang melaluinya elektron dapat melakukan perjalanan. Ketika kita berbicara tentang bidang, bagaimanapun, kita berhadapan dengan interaksi yang dapat tersebar di ruang kosong.

Memang, konsep "lapangan" agak abstrak.Paling tidak dengan arus listrik, tidak terlalu sulit membayangkan partikel kecil yang disebut elektron yang bergerak di antara nuklei atom di dalam konduktor, tapi sebuah "medan" bahkan tidak memiliki massa, dan tidak perlu ada dalam materi sama sekali.

Meski sifat abstraknya, hampir setiap orang memiliki pengalaman langsung dengan bidang, setidaknya dalam bentuk magnet. Pernahkah Anda bermain dengan sepasang magnet, memperhatikan bagaimana mereka menarik atau menolak satu sama lain tergantung pada orientasi relatif mereka? Ada kekuatan yang tak terbantahkan antara sepasang magnet, dan kekuatan ini tanpa "substansi." Tidak ada massa, tidak ada warna, tidak berbau, dan jika tidak karena kekuatan fisik yang diberikan pada magnet itu sendiri, itu sama sekali tidak masuk akal. tubuh kita. fisikawan menggambarkan interaksi magnet dalam hal medan magnet di ruang di antara keduanya. Jika pengarsipan besi ditempatkan di dekat magnet, mereka mengarahkan diri di sepanjang garis lapangan, secara visual menunjukkan kehadirannya.

pokok bahasan bab ini adalah medan listrik (dan perangkat yang disebut kapasitor yang mengeksploitasinya), bukan medan magnet, tapi ada banyak kesamaan. Kemungkinan besar Anda pernah mengalami medan listrik juga. Bab 1 buku ini dimulai dengan penjelasan tentang listrik statis, dan bagaimana bahan seperti lilin dan wol - bila digosok satu sama lain - menghasilkan daya tarik fisik. Sekali lagi, fisikawan akan menggambarkan interaksi ini dalam hal medan listrik yang dihasilkan oleh dua objek sebagai hasil ketidakseimbangan elektron mereka. Cukup dengan mengatakan bahwa setiap kali ada tegangan di antara dua titik, akan ada medan listrik yang terwujud di tempat di antara titik-titik itu.


Bidang memiliki dua ukuran: gaya lapangan dan fluks lapangan. Tenaga lapangan adalah jumlah "dorongan" yang diberikan lapangan pada jarak tertentu. Fluks lapangan adalah jumlah total, atau efek, medan melalui ruang. gaya medan dan fluks kira-kira sama dengan tegangan ("dorong") dan arus (arus) melalui konduktor, walaupun flux lapangan dapat ada di ruang kosong total (tanpa gerak partikel seperti elektron) sedangkan arus hanya dapat terjadi dimana ada elektron bebas untuk bergerak. Fluks medan dapat ditentang di ruang angkasa, sama seperti aliran elektron dapat ditentang oleh hambatan. Jumlah fluks lapangan yang akan berkembang di ruang angkasa sebanding dengan jumlah lapangan yang diterapkan, terbagi dengan jumlah penentangan terhadap fluks. Sama seperti jenis bahan konduksi yang menentukan bahwa resistansi spesifik pada arus listrik, jenis bahan isolasi yang memisahkan dua konduktor menentukan penolakan spesifik terhadap fluks medan.

Biasanya, elektron tidak bisa masuk konduktor kecuali ada jalur untuk jumlah elektron yang sama untuk keluar (ingat analogi marmer-in-tube?). Inilah sebabnya mengapa konduktor harus dihubungkan bersama dalam jalur melingkar (sirkuit) agar arus terus menerus terjadi. Anehnya, elektron ekstra bisa "diperas" ke konduktor tanpa jalan keluar jika medan listrik dibiarkan berkembang di ruang relatif terhadap konduktor lain. jumlah elektron bebas ekstra yang ditambahkan ke konduktor (atau elektron bebas yang diambil) berbanding lurus dengan jumlah fluks medan di antara dua konduktor.

Kapasitor adalah komponen yang dirancang untuk memanfaatkan fenomena ini dengan menempatkan dua piring konduktif (biasanya logam) yang berdekatan satu sama lain. Ada banyak gaya konstruksi kapasitor yang berbeda, masing-masing sesuai untuk penilaian dan tujuan tertentu. Untuk kapasitor yang sangat kecil, dua lempengan melingkar yang berisi bahan isolasi cukup banyak. Untuk nilai kapasitor yang lebih besar, "pelat" bisa berupa potongan foil logam, diapit di sekitar media isolasi fleksibel dan digulung untuk kekompakan. nilai kapasitansi tertinggi diperoleh dengan menggunakan lapisan ketebalan mikroskopik dari oksida pengisolasi yang memisahkan dua permukaan konduktif. Bagaimanapun, gagasan umumnya sama: dua konduktor, dipisahkan oleh isolator.

Simbol skematik untuk sebuah kapasitor cukup sederhana, sedikit lebih dari dua garis sejajar pendek (mewakili pelat) yang dipisahkan oleh celah. Kabel menempel pada pelat masing-masing untuk koneksi ke komponen lainnya. Simbol skematik yang lebih tua dan usang untuk kapasitor menunjukkan lempeng interleaved, yang sebenarnya adalah cara yang lebih akurat untuk mewakili konstruksi sebenarnya dari kebanyakan kapasitor:
Belajar Tentang Bidang Listrik dan Kapasitansi
Ketika sebuah voltase diterapkan di dua pelat kapasitor, fluks lapangan terkonsentrasi tercipta di antara keduanya, sehingga memungkinkan perbedaan elektron bebas (muatan) yang signifikan untuk dikembangkan di antara dua pelat:
Belajar Tentang Bidang Listrik dan Kapasitansi

Sebagai medan listrik ditetapkan oleh tegangan yang diberikan, elektron bebas ekstra dipaksa untuk mengumpulkan konduktor negatif, sementara elektron bebas "dirampok" dari konduktor positif. muatan diferensial ini sama dengan penyimpanan energi pada kapasitor, yang mewakili muatan potensial elektron di antara kedua pelat tersebut. semakin besar perbedaan elektron pada pelat pelat berlawanan, semakin besar fluks lapangan, dan "muatan" energi yang lebih besar yang akan disimpan oleh kapasitor.

Karena kapasitor menyimpan energi potensial dari akumulasi elektron dalam bentuk medan listrik, mereka berperilaku sangat berbeda dari resistor (yang hanya mengusir energi dalam bentuk panas) dalam rangkaian. Penyimpanan energi pada kapasitor merupakan fungsi tegangan antara pelat, serta faktor lain yang akan kita bahas nanti di bab ini. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi sebagai fungsi tegangan (beda potensial antara dua lead) menghasilkan kecenderungan untuk mempertahankan tegangan pada tingkat konstan. Dengan kata lain, kapasitor cenderung menolak perubahan voltase. ketika tegangan pada kapasitor meningkat atau menurun, kapasitor "menolak" arus penarikan arus dari atau memasok arus ke sumber perubahan voltase, yang bertentangan dengan perubahan.

Untuk menyimpan lebih banyak energi pada sebuah kapasitor, tegangan di atasnya harus ditingkatkan. Ini berarti bahwa lebih banyak elektron harus ditambahkan ke pelat (-) dan lebih banyak diambil dari pelat (+), yang mengharuskan arus ke arah itu. Sebaliknya, untuk melepaskan energi dari sebuah kapasitor, tegangan di atasnya harus dikurangi. Ini berarti beberapa elektron berlebih pada pelat (-) harus dikembalikan ke pelat (+), yang mengharuskan arus ke arah lain.

Sama seperti Hukum Gerak pertama Isaac Newton ("sebuah objek yang bergerak cenderung untuk tetap bergerak; sebuah objek pada saat istirahat cenderung tetap diam") menggambarkan kecenderungan massa untuk menentang perubahan kecepatan, kita dapat menyatakan kecenderungan sebuah kapasitor untuk menentang perubahan tegangan seperti: "Kapasitor bermuatan cenderungtetap dikenakan biaya; Kapasitor yang sudah habis cenderung tetap dipecat. "Secara hipotesis, sebuah kapasitor yang tidak tersentuh akan selamanya mempertahankan keadaan muatan voltase yang telah ditinggalkannya. Hanya sumber luar (atau tiriskan) arus yang bisa mengubah muatan voltase yang tersimpan oleh kapasitor sempurna:
Belajar Tentang Bidang Listrik dan Kapasitansi
Secara praktis, kapasitor akhirnya akan kehilangan muatan voltase tersimpan karena jalur kebocoran internal agar elektron mengalir dari satu piring ke piring lainnya. tergantung pada jenis kapasitor tertentu, waktu yang dibutuhkan untuk muatan voltase yang tersimpan hingga menghilang sendiri bisa menjadi waktu yang lama (beberapa tahun dengan kapasitor duduk di rak!).

Ketika tegangan di kapasitor naik, ia menarik arus dari sisa rangkaian, bertindak sebagai beban daya. Dalam kondisi ini kapasitor dikatakan pengisian, karena ada peningkatan jumlah energi yang tersimpan di medan listriknya. perhatikan arah arus elektron berkenaan dengan polaritas voltase:
Belajar Tentang Bidang Listrik dan Kapasitansi

Sebaliknya, ketika tegangan di kapasitor berkurang, kapasitor memasok arus ke seluruh rangkaian, bertindak sebagai sumber listrik. Dalam kondisi ini kapasitor dikatakan pemakaian. Toko energi yang dipegang di medan listrik - sekarang menurun saat energi dilepaskan ke sirkuit lainnya. Perhatikan arah arus elektron berkenaan dengan polaritas voltase:
Belajar Tentang Bidang Listrik dan Kapasitansi
Jika sumber tegangan tiba-tiba diterapkan pada kapasitor yang tidak berkapasitas (kenaikan tegangan tiba-tiba), kapasitor akan menarik arus dari sumber itu, menyerap energi darinya, sampai voltase kapasitor sama dengan sumbernya. Begitu voltase kapasitor mencapai keadaan akhir (bermuatan) ini, arusnya meluruh menjadi nol. Sebaliknya, jika resistansi beban dihubungkan ke kapasitor bermuatan, kapasitor akan memasok arus ke beban, sampai melepaskan semua energi yang tersimpan dan peluruhannya menjadi nol. Setelah tegangan kapasitor mencapai keadaan akhir (habis) ini, arusnya meluruh menjadi nol. Dalam kemampuan mereka untuk diisi dan dipecat, kapasitor dapat dianggap bertindak seperti baterai sel sekunder.


pilihan bahan isolasi antara lempeng, seperti yang telah disebutkan sebelumnya, memiliki dampak yang besar pada seberapa banyak fluks lapangan (dan karena itu berapa banyak muatan) akan berkembang dengan jumlah voltase yang diberikan di seluruh piring. Karena peran bahan isolasi ini dalam mempengaruhi fluks medan, ia memiliki nama khusus: dielektrik. Tidak semua bahan dielektrik sama: sejauh mana bahan menghambat atau mendorong pembentukan fluks medan listrik disebut permitivitas dielektrik.


ukuran kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi untuk sejumlah tegangan jatuh adalahcalledcapacitance. Tidak mengherankan, kapasitansi juga merupakan ukuran intensitas penolakan terhadap perubahan voltase (berapa banyak arus yang akan dihasilkan untuk tingkat perubahan voltase yang diberikan). kapasitansi secara simbolis dilambangkan dengan modal "C", dan diukur dalam satuan Farad, disingkat sebagai "F."

konvensi, untuk beberapa alasan aneh, telah menyukai awalan metrik "mikro" dalam pengukuran kapasitansi besar, dan begitu banyak kapasitor dinilai dalam hal nilai microFarad yang membingungkan: misalnya, satu kapasitor besar yang saya lihat diberi nilai 330.000microFarads !! mengapa tidak menyatakannya sebagai 330milliFarads? Saya tidak tahu

Nama usang untuk sebuah kapasitor adalah condenseror condensor. Istilah-istilah ini tidak digunakan dalam buku-buku baru atau diagram skematik (sepengetahuan saya), namun mungkin ditemukan dalam literatur elektronik yang lebih tua. Mungkin penggunaan yang paling terkenal untuk istilah "kondensor" adalah teknik otomotif, di mana sebuah kapasitor kecil yang disebut dengan nama itu digunakan untuk mengurangi pemicu berlebihan pada kontak saklar (disebut "titik") dalam sistem pengapian elektromekanis.

● TINJAUAN:
● Kapasitor bereaksi terhadap perubahan voltase dengan mensuplai atau menggambar arus ke arah yang diperlukan untuk melawan perubahan.
● Ketika kapasitor dihadapkan pada tegangan yang meningkat, ia bertindak sebagai beban: menggambar arus saat menyerap energi (arus masuk ke sisi negatif dan keluar dari sisi positif, seperti resistor).
● Bila kapasitor berhadapan dengan voltase yang menurun, ia bertindak sebagai sumber: menyediakan arus saat melepaskan energi yang tersimpan (arus keluar sisi negatif dan di sisi positif, seperti baterai).
● Kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi dalam bentuk medan listrik (dan akibatnya untuk melawan perubahan voltase) disebut kapasitansi. Ini diukur dalam satuan Farad (F).
Kapasitor biasanya dikenal dengan istilah lain: kondensor (alternatif dieja "kondensor").



Wednesday, January 31, 2018 - tanpa komentar

0 komentar untuk artikel ini. Ingin berkomentar?

Emoticon Emoticon

Perlihatkan Semua Komentar Tutup Semua Komentar