Pembahasan Fisika UN: Kapasitor dan Rangkaian Kapasitor

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Kapasitor dan Rangkaian Kapasitor.

Soal tentang Kapasitor UN 2009

Pembahasan

Rumus yang berlaku untuk kapasitas kapasitor keping sejajar adalah

dengan:

C : kapasitas kapasitor
ε  : permitivitas dielektrikum (penyekat)
A : luas keping kapasitor
d : jarak antarkeping

Berdasarkan keterangan di atas, pernyataan yang tidak sesuai hanya pernyataan nomor 2.

Jadi, pernyataan yang sesuai dengan kapasitor adalah pernyataan nomor 1, 3, dan 4 (E).

Soal tentang Kapasitor UN 2012

Kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas C.

Jika jarak kedua keping diubah menjadi ½-nya dan di antara kedua keping disisipi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik 2, kapasitasnya menjadi ….

A.   ½ C
B.   ¼ C
C.   2 C
D.   4C
E.   6C

Pembahasan

Kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas C. 

C₁ = C

Jarak kedua keping diubah menjadi ½-nya. 

d₂ = ½ d₁

Di antara kedua keping disisipi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik 2 (konstanta dielektrikum semula dianggap 1).

ε₁ = 1
ε₂ = 2

Pernyataan soal maupun gambar tidak menyebutkan adanya pengubahan pada luas keping. Berarti luas keping konstan.

Rumus yang berlaku untuk kapasitor keping sejajar adalah

Karena luas keping konstan maka:

 C₂ = 4C

Jadi, kapasitas kapasitor tersebut menjadi 4C (D).

Soal Rangkaian Kapasitor UN 2015

Perhatikan gambar rangkaian kapasitor di bawah ini!

Nilai muatan total pada rangkaian kapasitor tersebut adalah … (1 μF = 10⁻⁶ F).

Artkel Terkait  Dampak Perubahan Lingkungan dan Tindakan Perbaikan [Soal UN dan Pembahasan]

A.   0,5 μC
B.   1 μC
C.   2 μC
D.   4 μC
E.   6 μC

Pembahasan

Untuk menentukan nilai muatan total, kita cari dulu nilai pengganti kapasitor totalnya. Penghitungan kapasitor pengganti kebalikan dari penghitungan resistor pengganti.

3 kapasitor yang atas adalah identik (nilai kapasitasnya sama) dan tersusun seri. Sehingga nilai kapasitas penggantinya dapat ditentukan dengan rumus

      = 1 μF

Sedangkan 2 kapasitor yang bawah tersusun paralel dan identik. Nilai kapasitor penggantinya adalah

C_p = nC
     = 2 × 0,5 μF
     = 1 μF

Sementara itu, antara rangkaian kapasitor yang atas (C_s) dan rangkaian kapasitor yang bawah (C_p) tersusun paralel. Sehingga kapasitas totalnya adalah 

C = C_s + C_p
   = 1 μF + 1 μF
   = 2μF

Dengan demikian, nilai muatan totalnya adalah 

Q = CV
    = 2 μF × 3 volt
    = 6 μC

Jadi, muatan total rangkaian kapasitor di atas adalah 6 μC (E).

Soal Rangkaian Kapasitor UN 2014

Lima kapasitor C₁, C₂, C₃, C₄, dan C₅ disusun seperti gambar berikut dan dihubungkan dengan sumber tegangan 6 V.

Muatan listrik pada kapasitor C₁ adalah … (1 μ = 10⁻⁶ )

A.   9 μC
B.   18 μC
C.   27 μC
D.   36 μC
E.   45 μC

Pembahasan

Besar muatan listrik pada kapasitor C₁ merupakan muatan total (karena belum bercabang). Sehingga kita harus menentukan terlebih dahulu kapasitas totalnya.

Kapasitor C₂ dan C₃ tersusun seri sehingga kapasitas penggantinya adalah

       = 2 μF

Kapasitor seri tersebut tersusun paralel dengan kapasitor C₄. Nilai kapasitas penggantinya adalah 

C_p = C_s+ C₄
     = 2 μF + 7 μF
     = 9 μF

Sedangkan antara C₁, C_p, dan C₅ tersusun seri. Sehingga kapasitas totalnya adalah

      = 4,5 μF

Dengan demikian, muatan listrik yang mengalir pada kapasitor C₁ adalah 

Q = CV
    = 4,5 μF × 6 V
    = 27 μC

Jadi, besar muatan listrik pada kapasitor C₁ adalah 27 μC (C).

Soal Rangkaian Kapasitor UN 2013

Perhatikan gambar rangkaian kapasitor ini!

Besar energi listrik pada kapasitor gabungan adalah … (1 μF = 10⁻⁶ F).

A.   1,44 × 10⁻⁴ joule
B.   2,88 × 10⁻⁴ joule
C.   5,76 × 10⁻⁴ joule
D.   7,20 × 10⁻⁴ joule
E.   8,34 × 10⁻⁴ joule

Pembahasan

Kita tentukan dulu kapasitas totalnya.

Kapasitor 7 μF dan 5 μF tersusun paralel, sebut saja C_p1. 

C_p1 = 7 μF + 5 μF
       = 12 μF

Kapasitor 4 μF dan 2 μF juga tersusun paralel, sebut saja C_p2. 

C_p2 = 4 μF + 2 μF
       = 6 μF

Sedangkan C_p1, C_p2, dan kapasitor 4 μF yang ada di tengah, tersusun seri. Sehingga kapasitas gabungannya adalah

      = 2 μF

Dengan demikian, energi listrik rangkaian di atas adalah 

W = ½ CV²
    = ½ × 2×10⁻⁶ × 24²
    = 576 × 10⁻⁶
    = 5,76 × 10⁻⁴

Jadi, besar energi listrik pada rangkaian tersebut adalah 5,76 × 10⁻⁴ joule (C).

Pembahasan soal Rangkaian Kapasitor yang lain bisa dilihat di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 29
Pembahasan Fisika UN 2015 No. 34
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 36
Pembahasan Fisika UN 2019 No. 32

Simak juga, Pembahasan Fisika UN: Listrik Dinamis.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Terimakasih