Kapasitor Pelat Paralel: Pengisian Daya dan Penyimpanan Energi
1 · Memprediksi
Kapasitor pelat sejajar memiliki geometri tetap (luas dan celah). Jika Anda meningkatkan voltase di atasnya, apakah energi yang tersimpan bertambah secara proporsional, atau lebih cepat?
- Energi yang tersimpan tumbuh lebih cepat daripada voltase — hal ini bergantung pada kuadrat voltase.
- Energi yang tersimpan berbanding lurus dengan tegangan.
- Energi yang tersimpan tidak bergantung pada voltase.
2 · Pengaturan
- Buka preset parallel-plates dan tekan Reset. Luas pelat = 0.05 m², pemisahan = 2 mm.
- Aktifkan pembacaan muatan dan energi yang tersimpan.
- Atur tegangan pelat untuk setiap percobaan dan catat muatan dan energi yang tersimpan.
3 · Kumpulkan Data
| Tegangan V (V) | Kapasitansi C (pF) | Biaya yang tersimpan Q (nC) | Energi yang tersimpan U (nJ) |
|---|---|---|---|
| 6.00 | |||
| 12.00 | |||
| 18.00 |
Plot energi yang tersimpan U (sumbu y) terhadap tegangan V (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Apakah kurvanya lurus atau melengkung ke atas?
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung C = ε₀A/d menggunakan A = 0.05 m², d = 0.002 m (sama di setiap percobaan), lalu Q = CV dan U = ½CV². Bandingkan ketiganya dengan tabel.
- Jelaskan, dengan menggunakan U = ½CV², mengapa menggandakan tegangan akan melipatgandakan energi yang tersimpan dibandingkan menggandakannya — meskipun muatan yang tersimpan hanya berlipat ganda.
5 · Perluas
- Kapasitansi C = ε₀A/d hanya bergantung pada geometri pelat, bukan pada tegangan yang Anda berikan. Jelaskan mengapa kapasitor yang secara fisik lebih besar (A lebih besar atau d lebih kecil) dapat menyimpan lebih banyak muatan pada tegangan yang sama.
- Defibrilator medis mengisi kapasitor ke tegangan tinggi, kemudian melepaskannya melalui pasien dalam sepersekian detik. Dengan menggunakan U = ½CV², jelaskan mengapa dokter menggunakan tegangan tinggi dibandingkan kapasitansi tinggi untuk mengalirkan energi yang dibutuhkan dengan cepat.
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Kapasitansi Pelat Paralel
Dua pelat penghantar sejajar yang dipisahkan oleh celah menyimpan muatan sebanding dengan luasnya dan berbanding terbalik dengan pemisahannya: C = ε₀A/d. Energi yang tersimpan adalah U = ½CV² = ½QV.