Kapasitor Dan Kapasitansi

Bimbel TES SMAKBO

Daftar

Bimbel SBMPTN / SIMAK_UI

Daftar

Kapasitor sedikit seperti baterai tetapi mereka bekerja dengan cara yang sama sekali berbeda. Baterai adalah perangkat elektronik yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik sedangkan kapasitor adalah komponen elektronik yang menyimpan energi elektrostatik dalam medan listrik. Pada artikel ini, mari kita pelajari tentang kapasitor secara detail.

Apa itu Kapasitor?

Kapasitor adalah perangkat listrik dua terminal yang memiliki kemampuan untuk menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik. Ini terdiri dari dua konduktor listrik yang dipisahkan oleh jarak. Ruang antara konduktor dapat diisi dengan vakum atau dengan bahan isolasi yang dikenal sebagai dielektrik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan disebut kapasitansi.

Kapasitor menyimpan energi dengan memisahkan pasangan muatan yang berlawanan. Desain kapasitor yang paling sederhana adalah pelat paralel, yang terdiri dari dua pelat logam dengan celah di antara keduanya. Tetapi, berbagai jenis kapasitor diproduksi dalam berbagai bentuk, gaya, panjang, lingkar, dan bahan.

Bagaimana Cara Kerja Kapasitor?

Untuk demonstrasi, mari kita pertimbangkan struktur paling dasar dari sebuah kapasitor kapasitor pelat paralel. Ini terdiri dari dua pelat paralel yang dipisahkan oleh dielektrik. Ketika kita menghubungkan sumber tegangan DC melintasi kapasitor, satu pelat terhubung ke ujung positif (pelat I) dan pelat lainnya ke ujung negatif (pelat II). Ketika potensi baterai diterapkan melintasi kapasitor, pelat I menjadi positif terhadap pelat II. Arus mencoba mengalir melalui kapasitor pada kondisi tunak dari pelat positifnya ke pelat negatifnya. Tetapi tidak dapat mengalir karena pemisahan ini dengan bahan isolasi.

Medan listrik muncul di kapasitor. Pelat positif (pelat I) mengumpulkan muatan positif dari baterai, dan pelat negatif (pelat II) akan mengumpulkan muatan negatif dari baterai. Setelah suatu titik, kapasitor menahan jumlah muatan maksimum sesuai dengan kapasitansinya sehubungan dengan tegangan ini. Rentang waktu ini disebut waktu pengisian kapasitor.

Ketika baterai dilepas dari kapasitor, kedua pelat menahan muatan negatif dan positif untuk waktu tertentu. Dengan demikian, kapasitor bertindak sebagai sumber energi listrik.

Jika pelat-pelat ini dihubungkan ke suatu beban, arus mengalir ke beban dari Pelat I ke Pelat II sampai semua muatan hilang dari kedua pelat. Rentang waktu ini dikenal sebagai waktu pengosongan kapasitor.

Bagaimana Anda Menentukan Nilai Kapasitansi?

Pelat penghantar memiliki beberapa muatan Q₁ dan Q₂ (Biasanya jika satu pelat memiliki +q, yang lain memiliki muatan –q). Medan listrik di daerah antara pelat tergantung pada muatan yang diberikan pada pelat penghantar. Kita juga tahu bahwa beda potensial (V) berbanding lurus dengan medan listrik sehingga kita dapat mengatakan,

\(\begin{array}{l}Q\propto V\end{array} \)

\(\begin{array}{l}Q=CV\end{array} \)

\(\begin{array}{l}C=\frac{Q}{V}\end{array} \)

Konstanta proporsionalitas ini dikenal sebagai kapasitansi kapasitor.

Kapasitansi adalah perbandingan antara perubahan muatan listrik suatu sistem dengan perubahan potensial listriknya.

Kapasitansi kapasitor apapun dapat berupa tetap atau variabel tergantung pada penggunaannya. Dari persamaan, tampaknya 'C' tergantung pada muatan dan tegangan. Sebenarnya, itu tergantung pada bentuk dan ukuran kapasitor dan juga pada isolator yang digunakan di antara pelat penghantar.

Elektrostatika dan Kapasitansi Topik Penting untuk JEE / SBMTPN

Energi yang Disimpan dalam Kapasitor

Setelah muatan yang berlawanan ditempatkan di kedua sisi kapasitor keping sejajar, muatan dapat digunakan untuk melakukan kerja dengan membiarkannya bergerak menuju satu sama lain melalui rangkaian. Persamaan memberikan energi total yang dapat diekstraksi dari kapasitor yang terisi penuh:

\(\begin{array}{l}U=\frac{1}{2}CV^2\end{array} \)

Kapasitor berfungsi sangat mirip dengan baterai isi ulang. Perbedaan utama antara kapasitor dan baterai terletak pada teknik yang mereka gunakan untuk menyimpan energi. Tidak seperti baterai, kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi tidak berasal dari reaksi kimia melainkan dari desain fisik yang memungkinkannya untuk memisahkan muatan negatif dan positif.

Satuan Standar Kapasitansi

Satuan dasar kapasitansi adalah Farad. Tapi, Farad adalah unit besar untuk tugas-tugas praktis. Oleh karena itu, kapasitansi biasanya diukur dalam sub-unit Farad, seperti mikro-farad (µF) atau pico-farad (pF).

Sebagian besar aplikasi listrik dan elektronik dicakup oleh awalan satuan standar (SI) berikut untuk memudahkan perhitungan:

• 1 mF (millifarad) = 10⁻³ F
• 1 μF (microfarad) =10⁻⁶ F
• 1 nF (nanofarad) = 10⁻⁹ F
• 1 pF (picofarad) = 10⁻¹² F

Kapasitansi Kapasitor Pelat Paralel

Kapasitor pelat paralel seperti yang ditunjukkan pada gambar memiliki dua pelat konduktor yang identik, masing-masing memiliki luas permukaan A dan dipisahkan oleh jarak d. Ketika tegangan V diterapkan ke pelat, ia menyimpan muatan Q.

Gaya antara muatan meningkat dengan nilai muatan dan berkurang dengan jarak antara mereka. Semakin besar area pelat, semakin banyak muatan yang dapat disimpan. Oleh karena itu, nilai C lebih besar untuk nilai A yang besar. Demikian pula, semakin dekat pelat, semakin besar daya tarik muatan yang berlawanan pada mereka. Oleh karena itu C lebih besar untuk d yang lebih kecil.

Rumus memberikan kerapatan muatan pada pelat.

\(\begin{array}{l}\sigma =\frac{Q}{A}\end{array} \)

Ketika jarak pisah (d) kecil, medan listrik antara pelat cukup seragam dan besarnya diberikan oleh:

\(\begin{array}{l}E=\frac{\sigma }{\epsilon_0 }\end{array} \)

Karena medan listrik antara pelat seragam, beda potensial antara pelat diberikan oleh :

\(\begin{array}{l}V=Ed=\frac{\sigma d}{\epsilon _0}=\frac{Qd}{\epsilon _{0}A}\end{array} \)

Mengganti nilai V di atas ke dalam rumus kapasitansi, kita dapatkan:

\(\begin{array}{l}C=\frac{Q}{V}=\frac{Q}{Qd/\epsilon _{0}A}=\epsilon _{0}\frac{A}{d}\end{array} \)

Kapasitansi kapasitor pelat paralel diberikan oleh rumus \(\begin{array}{l}C=\epsilon _{0}\frac{A}{d}\end{array} \)

Soal Pembahasan 1

Hitung kapasitansi kapasitor keping sejajar kosong yang memiliki pelat logam dengan luas 1,00 m², dipisahkan oleh 1,00 mm?

Jawaban:

Dengan menggunakan rumus, kita dapat menghitung kapasitansi sebagai berikut:

\(\begin{array}{l}C=\epsilon _{0}\frac{A}{d}\end{array} \)

Mengganti nilai, kita mendapatkan

\(\begin{array}{l}C=(8.85\times 10^{-12}\,\frac{F}{m}) \frac{1\,m^2}{1\times 10^{-3}\,m}=8.85\times 10^{-9}\,F=8.85\,nF\end{array} \)

Kapasitansi dari Kapasitor Bulat

Kapasitor bola terdiri dari dua kulit bola konduktor konsentris dengan jari-jari  R₁ dan R₂ . Kulit diberi muatan yang sama dan berlawanan +Q dan –Q masing-masing. Medan listrik antara kulit diarahkan secara radial ke luar. Besarnya medan dapat diperoleh dengan menerapkan hukum Gauss di atas permukaan bola Gaussian dengan jari-jari r konsentris dengan kulit.

Oleh karena itu, muatan terlampir adalah +Q.

\(\begin{array}{l}\oint_{S}\vec{E}\cdot \hat{n}dA=E(4\pi r^2)=\frac{Q}{\epsilon _0}\end{array} \)

Medan listrik antara konduktor diberikan sebagai:

\(\begin{array}{l}\vec{E}=\frac{1}{4\pi \epsilon _0}\frac{Q}{r^2}\hat{r}\end{array} \)

Mengintegrasikan E sepanjang jalur radial antara kulit, kita mendapatkan

\(\begin{array}{l}V=\int_{R_1}^{R_2}\vec{E}\cdot \vec{dl}=\frac{Q}{4\pi \epsilon _0}(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})\end{array} \)

Beda potensial antara dua konduktor dapat dihitung dengan menggunakan rumus

\(\begin{array}{l}V_B-V_A=-\int_{A}^{B}\vec{E}\,\vec{dL}\end{array} \)

Beda potensial antara pelat adalah

\(\begin{array}{l}V=-(V_{2}-V_{1})=V_{1}-V_{2}\end{array} \)

Substitusi nilai V dalam rumus kapasitansi, kita mendapatkan

\(\begin{array}{l}C=\frac{Q}{V}=4\pi \epsilon _0\frac{R_1R_2}{R_2-R_1}\end{array} \)

Kapasitansi kapasitor bola diberikan oleh persamaan \(\begin{array}{l}C=4\pi \epsilon _0\frac{R_1R_2}{R_2-R_1}\end{array} \)

Soal & Pembahasan 2:

Sebuah kapasitor berbentuk bola memiliki bola dalam berjari-jari 12 cm dan bola luar berjari-jari 13 cm. Bola luar dibumikan dan bola dalam diberi muatan 2,5 C. Ruang antara bola konsentris diisi dengan cairan konstanta dielektrik 32. Tentukan kapasitansi kapasitor.

Jawaban:

Dikerahui

Jari-jari bola bagian dalam, R₂ = 12 cm = 0,12 m

Jari-jari bola luar, R₁= 13 cm = 0,13 m

Muatan pada bola bagian dalam, q = 2.5 C = 2.5 x 10^-6 C

350

Konstanta dielektrik cairan, _r = 32

Kapasitansi kapasitor bola diberikan oleh hubungan:

\(\begin{array}{l}C=4\pi \epsilon _0\frac{R_1R_2}{R_2-R_1}\end{array} \)

∈₀ = Permittivity of free space = 8.85 x 10^-12 C² N^-1 m^-2

\(\begin{array}{l}\frac{1}{4\pi \epsilon _0}=9\times 10^9\end{array} \)

Subsitusi nilai-nilai dalam persamaan, kita mendapatkan

\(\begin{array}{l}C=\frac{32\times 0.12\times 0.13}{9\times 10^9(0.13-0.12)}\end{array} \)

\(\begin{array}{l}C=5.5\times 10^{-9}\,F\end{array} \)

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kapasitansi

• Dielektrik

Pengaruh dielektrik pada kapasitansi adalah semakin besar permitivitas dielektrik semakin besar kapasitansi, demikian juga semakin kecil permitivitas dielektrik semakin kecil kapasitansi. Beberapa bahan menawarkan lebih sedikit perlawanan terhadap fluks medan untuk sejumlah gaya medan tertentu. Bahan dengan permitivitas yang lebih besar memungkinkan lebih banyak fluks medan, sehingga muatan yang lebih besar dikumpulkan.

• Jarak Plate

Pengaruh jarak pada kapasitansi adalah berbanding terbalik dengan jarak antara pelat. Secara matematis diberikan sebagai:

\(\begin{array}{l}C\propto \frac{1}{d}\end{array} \)

• Luas Pelat

Pengaruh luas pelat adalah kapasitansi berbanding lurus dengan luas. Semakin besar luas pelat semakin nilai kapasitansinya. Secara matematis diberikan sebagai:

\(\begin{array}{l}C\propto A\end{array} \)

Apa Aplikasi Kapasitor?

Kapasitor untuk Penyimpanan Energi

Sejak akhir abad ke-18, kapasitor digunakan untuk menyimpan energi listrik. Kapasitor individu tidak menyimpan banyak energi, hanya menyediakan daya yang cukup untuk digunakan perangkat elektronik selama pemadaman listrik sementara atau ketika mereka membutuhkan daya tambahan. Ada banyak aplikasi yang menggunakan kapasitor sebagai sumber energi dan beberapa di antaranya adalah sebagai berikut:

• Perlengkapan audio
• Kamera Berkedip
• Supply listrik
• Kumparan magnet
• Laser

Superkapasitor adalah kapasitor yang memiliki kapasitansi tinggi hingga 2 kF. Kapasitor ini menyimpan sejumlah besar energi dan menawarkan kemungkinan teknologi baru di berbagai bidang seperti mobil listrik, pengereman regeneratif di industri otomotif dan motor listrik industri, cadangan memori komputer selama kehilangan daya, dan banyak lainnya.

Kapasitor untuk Pengkondisian Daya

Salah satu aplikasi penting dari kapasitor adalah pengkondisian catu daya. Kapasitor hanya mengizinkan sinyal AC untuk lewat ketika mereka dibebankan memblokir sinyal DC. Efek kapasitor ini banyak digunakan dalam memisahkan atau memisahkan bagian yang berbeda dari rangkaian listrik untuk mengurangi kebisingan, sebagai hasil dari peningkatan efisiensi. Kapasitor juga digunakan di gardu utilitas untuk melawan pembebanan induktif yang diperkenalkan oleh saluran transmisi.

Kapasitor sebagai Sensor

Kapasitor digunakan sebagai sensor untuk mengukur berbagai hal termasuk kelembaban, regangan mekanis, dan tingkat bahan bakar. Dua aspek konstruksi kapasitor digunakan dalam aplikasi penginderaan, jarak antara pelat paralel dan bahan di antara mereka. Yang pertama digunakan untuk mendeteksi perubahan mekanis seperti akselerasi dan tekanan dan yang terakhir digunakan untuk merasakan kelembaban udara.

Kapasitor untuk Pemrosesan Sinyal

Ada aplikasi canggih kapasitor dalam teknologi informasi. Kapasitor digunakan oleh perangkat Dynamic Random Access Memory (DRAM) untuk mewakili informasi biner sebagai bit. Kapasitor juga digunakan bersama dengan induktor untuk menyetel sirkuit ke frekuensi tertentu, efek yang dimanfaatkan oleh penerima radio, speaker, dan equalizer analog.

Ikuti terus BYJU'S untuk artikel menarik lainnya. Juga, daftar ke “BYJU'S – The Learning App” untuk banyak video interaktif yang berhubungan dengan Fisika dan bantuan akademik tanpa batas.

Pertanyaan yang Sering Diajukan tentang Kapasitor dan Kapasitansi

Apa itu kapasitor variabel?

Kapasitor variabel adalah kapasitor yang kapasitansinya dapat divariasikan hingga kisaran nilai tertentu berdasarkan kebutuhan. Dua pelat kapasitor variabel terbuat dari logam di mana salah satu pelat dipasang dan pelat lainnya dapat digerakkan. Fungsi utama mereka adalah untuk memperbaiki frekuensi resonansi di sirkuit LC. Ada dua jenis frekuensi variabel, yaitu kapasitor penyetelan dan kapasitor pemangkas.

Bagaimana bentuk kapasitor mempengaruhi kapasitansinya?

• Jarak antar pelat

Semakin jauh pelat, semakin sedikit elektron bebas di pelat jauh yang merasakan dorongan elektron yang ditambahkan ke pelat negatif. Hal ini membuat lebih sulit untuk menambahkan lebih banyak muatan negatif ke pelat negatif. Jika pelat lebih dekat satu sama lain, arus akan mengalir melalui korsleting. Ini menyiratkan bahwa kapasitansi pelat paralel berbanding terbalik dengan pemisahan pelat.

• Luas pelat

Jauh lebih mudah untuk menambahkan muatan ke kapasitor jika pelat paralel memiliki area yang sangat luas. Dua pelat logam lebar akan memberikan dua muatan yang saling menolak untuk menyebar ke seluruh pelat, membuatnya lebih mudah untuk menambahkan lebih banyak muatan negatif ke satu pelat. Demikian juga, area pelat yang sangat kecil akan menyebabkan elektron menjadi sempit lebih awal, sehingga lebih sulit untuk mendapatkan perbedaan muatan yang besar untuk tegangan tertentu.

Apa itu Ultrakapasitor?

Ultrakapasitor, juga dikenal sebagai superkapasitor, adalah kapasitor berkapasitas tinggi dengan nilai kapasitansi yang jauh lebih tinggi daripada kapasitor lain, tetapi dengan batas tegangan yang lebih rendah.

Berapa lama kapasitor bertahan?

Kapasitor memiliki rentang hidup yang terbatas. Kebanyakan kapasitor dirancang untuk bertahan sekitar 20 tahun.

Energi apa yang tersimpan dalam kapasitor?

Energi yang tersimpan dalam kapasitor adalah energi potensial listrik, dan dengan demikian terkait dengan muatan Q dan tegangan V pada kapasitor.

Mengapa air tidak digunakan sebagai dielektrik dalam kapasitor?

Air memiliki konstanta dielektrik yang tinggi tetapi kekuatan dielektrik yang sangat rendah, oleh karena itu air akan bertindak sebagai konduktor dan akan membocorkan muatan melaluinya.

View this post on Instagram

A post shared by Ctes bimbingan belajar (@ctesbimbelbogor)

View this post on Instagram

A post shared by Ctes bimbingan belajar (@ctesbimbelbogor)

Catatan Kaki

JEE (Joint Entrance Exam) singkatan dari Ujian Masuk Bersama dan merupakan ujian masuk nasional yang diadakan untuk kandidat yang ingin melanjutkan kursus teknik dari berbagai perguruan tinggi.

Tegangan Permukaan Dan Tekanan Pipa Kapiler

Integral Parsial

Bimbel TES SMAKBO

Daftar

Bimbel SBMPTN / SIMAK_UI

Daftar

Tegangan permukaan adalah sifat permukaan cairan yang memungkinkannya menahan gaya eksternal karena sifat kohesif molekul air. Molekul-molekul di permukaan memiliki molekul-molekul yang serupa di semua sisinya, sehingga molekul-molekul itu lebih kuat menyatu dengan molekul-molekul yang secara langsung berhubungan dengan mereka di permukaan. Ini menghasilkan pembentukan "film" permukaan, yang membuat memindahkan objek melalui permukaan lebih sulit daripada memindahkannya ketika benar-benar terendam.

Gaya Kohesif Menghasilkan Tegangan Permukaan

Molekul-molekul dalam sampel cairan yang berada sepenuhnya di volume interior dikelilingi oleh molekul lain dan berinteraksi dengan mereka berdasarkan gaya tarik menarik antarmolekul yang ada untuk molekul jenis ini.

Namun, molekul-molekul pada antarmuka dengan medium lain (biasanya udara) tidak memiliki molekul lain yang serupa di semua sisinya (yaitu, di atasnya), sehingga mereka koheren lebih kuat dengan molekul-molekul di permukaan dan tepat di bawahnya. Hasilnya adalah lapisan permukaan yang membuat benda lebih sulit menembus permukaan daripada bergerak setelah terendam dalam sampel cairan. Oleh karena itu, gaya kohesif menghasilkan fenomena tegangan permukaan.

Unit Satuan Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan biasanya diukur dalam dyne/cm, yaitu :

• Gaya dalam dyne yang diperlukan untuk memecahkan lapisan tipis permukaan dengan panjang 1 cm

Atau sebagai energi permukaan J/m² atau sebagai alternatif bobot per sentimeter persegi.

• 1 dynes/cm (dyn/cm) = 0,001 N/m = 0,0000685 lb_f/ft = 0,571 10^-5 lb_f/in = 0,0022 pound/ft = 0,00018 pound/in = 1,0 mN/m = 0,001 J/m² = 1,0 g/cm² = 0,00010197 kg _f/m

Satuan Imperial yang umum digunakan adalah lb/ft dan lb/in.

Tegangan Permukaan Air

Tegangan permukaan air pada suhu tertentu:

Temperatur (oC)	Tegangan Permukaan- σ - (N/m)
0	0.0757
10	0.0742
20	0.0728
30	0.0712
40	0.0696
50	0.0679
60	0.0662
70	0.0644
80	0.0626
90	0.0608
100	0.0588

Tegangan Permukaan dari beberapa Fluida umum

Tegangan permukaan fluida pada 25^oC (77^oF).

Fluid	Tegangan Permukaan (N/m)
Asetaldehida	0.021
Asam asetat, Asam etanoat	0.027
Anhidrida asetat, Asetil asetat	0.032
Aseton, 2-Propanon	0.024
Asetonitril, Metil sianida	0.287
alkohol alil	0.025
Amonia, R-717	0,021
Anilin, Benzenamina	0,042
Anisol, Metoksibenzena	0.035
Benzena, annulena	0.028
Benzonitril, Fenil sianida	0.039
benzilamina	0.039
Brom	0.041
Bromobenzena	0.035
Bromoetana	0.024
n-Butana	0.023
1-Butanol, Butyl alcohol	0.025
Butil acetat	0.025
Butilamina	0.023
Diethyl ether	0.017
Karbon dioxida	0.00056
Karbon disulfida	0.032
Karbon tetrakhlorida	0.027
Khlorobenzena, Phenyl khlorida	0.033
Khlorodifluorometana, HCFC-22	0.008
Khloroform	0.0271
1-Khlorohexana, Hexyl khlorida	0.026
1-Chloropentane	0.024
p-Cresol	0.035
Cyclohexana	0.024
Cyclohexanol	0.033
Cyclohexena	0.026
Cyclopentana	0.022
Decana	0.024
Dibutylamina	0.024
Dikhlorodifluorometana, CFC-12	0.0086
Dietilena glikol	0.045
Diethyl ether, Ethyl ether	0.017
Diethyl sulfida, Ethyl sulfida	0.025
Etana	0.00048
Etanol, Ethyl Alkohol, Alkohol murni, Bulir Alkohol, minuman Alcohol	0.022
Ethanolamina, glycinol	0.048
Ethyl acetat	0.024
Ethylamina, Ethanamina	0.019
Ethylbenzena, Phenyletana	0.029
Ethyl benzoat	0.035
Ethyl bromida	0.025
Ethyl merkaptan	0.024
Ethylen glikol	0.0477
Formamida	0.057
Formixc acis, Methanoic acid	0.037
Furfural	0.043
n-Heptana	0.020
Asam heptanoat, asam Enanthic	0.028
Hexadekana, Cetan	0.027
n-Hexana	0.018
Heksanitril, Kapronitril	0.027
1-Hexanol, Kaproil alkohol	0.026
1-Hexena	0.018
Hidrazin	0.066
Gliserin	0.064
Isobenzena, Fenil iodida	0.039
Isobutana, 2-Methylpropana	0.010
isobutil asetat. 2-Metilpropil asetat	0.023
Asam isobutirat	0.025
Isopropanol, 2-propanol, Isopropil Alkohol, Alkohol gosok, Sec-propil Alkohol, s-Propanol	0.022
Merkuri, Quicksilver	0.485
Metanol, Metil alkohol	0.022
Metil asetat	0.025
Metil format	0.025
Nitrobenzena (50oC)	0.041
Nitrometana, Nitrokarbol	0.036
Nonana	0.022
Oktana	0.021
Pentana	0.015
Pentil asetat	0.025
Propana, LPG	0.007
1-Propanol, Propil alkohol	0.023
n-Propil alkohol	0.024
n-Propil benzen	0.030
Piridin	0.037
Trichloromethane, Chloroform	0.023
Toluen, Metilbenzena	0.028
Trifluormethane, Fluoroform	0.00003
Undekana, Hendekan	0.025
Air 20oC	0.072
Air, bersabun at 20oC	0.0250 - 0.0450
air-d2, Heavy Water	0.071
Xenon (10oC)	0.00044
o-Xylene	0.029
m-Xylena	0.028
p-Xylena	0.028

Pernahkah Anda memperhatikan jarum terapung yang bisa dibuat melayang di permukaan meskipun beberapa kali sepadat air? Ini terjadi karena tegangan permukaan permukaan. Ini adalah aspek fisik dari cairan di mana molekul ditarik ke arah setiap sisi. Gaya per satuan luas adalah pengukuran tegangan permukaan.

Rumus tegangan permukaan

Tegangan permukaan adalah fenomena saat lantai cairan bersentuhan dengan lantai lain dari cairan. Ini diperhitungkan pada tekanan peningkatan padatan, cairan, atau gas dalam kontak. Energi yang berevolusi dalam fenomena tersebut sama dengan kerja atau energi yang dibutuhkan untuk menghilangkan permukaan sekitar molekul di sekitarnya. Diukur dalam dyne/cm dalam sistem C.G.S dan N/m dalam unit S.I.

Metode untuk mencari tegangan permukaan diartikulasikan sebagai,

Di mana,

\(T =\frac{F}{l}\)

T = tegangan permukaan(N/m)
F = gaya per satuan panjang (N)
l = panjang di mana gaya bekerja(m)

Persamaan Young-Laplace

Tegangan permukaan bertanggung jawab atas bentuk tetesan cairan. Meskipun mudah berubah bentuk, tetesan air cenderung ditarik ke dalam bentuk bola oleh gaya kohesif dari lapisan permukaan. Dengan tidak adanya gaya lain, termasuk gravitasi, tetesan hampir semua cairan akan berbentuk bulat sempurna.

Jika tidak ada gaya yang bekerja secara normal (tegak lurus) pada permukaan yang ditarik, permukaan tersebut harus tetap rata. Tetapi jika tekanan di satu sisi permukaan berbeda dari tekanan di sisi lain, perbedaan tekanan kali luas permukaan menghasilkan gaya normal. Agar gaya tegangan permukaan menghilangkan gaya ini karena tekanan, permukaan harus melengkung. Ketika semua gaya seimbang, kelengkungan permukaan adalah ukuran yang baik dari tegangan permukaan, yang dijelaskan oleh persamaan Young-Laplace:

$$\Delta P=\gamma\left(\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}\right)$$

\(\Delta P\)       adalah perbedaan tekanan melintasi antarmuka.

\(\gamma\)            adalah tegangan permukaan yang diukur,

\(R_1\), \(R_1\)  adalah adalah jari-jari utama kelengkungan, yang menunjukkan derajat kelengkungan.

Tegangan Permukaan Dengan Tekanan Kapiler

Pengaruh tegangan permukaan pada tekanan kapiler sedikit lebih rumit, di satu sisi, tekanan kapiler berbanding lurus dengan tegangan permukaan. Di sisi lain, cairan tegangan permukaan tinggi biasanya juga memiliki sudut kontak yang lebih tinggi, yang menurunkan tekanan kapiler.

Aksi kapiler juga dapat dipahami dalam istilah tekanan kapiler. Ada perbedaan tekanan, yang disebut tekanan Laplace, di semua antarmuka cairan melengkung yang disebabkan oleh gaya yang tidak seimbang antara molekul cair di antarmuka. Untuk kasus pori dengan penampang lingkaran (jari-jari r) tekanan kapiler diberikan oleh:

Kapilaritas

Tabung kapiler adalah tabung kaca silinder berongga, dan fenomena naik turunnya cairan di dalam tabung kapiler dikenal sebagai kapilaritas.

Ketinggian di dimana cairan akan naik di dalam tabung kapiler akan tergantung pada tekanan di luar tabung (yaitu, tekanan atmosfer) dan tekanan cairan di dalam tabung. Oleh karena itu naiknya cairan,

\(h={Tcos\theta \over{\rho ga}}\)

Di mana;
T = permukaan tegangan
ρ = massa jenis zat cair
θ = sudut kontak
a = jari-jari pipa kapiler

Massa jenis zat cair adalah ρ, tegangan permukaan γ, sudut kontak θ, kenaikan zat cair setinggi h, dan jari-jari pipa kapiler adalah R, maka berat zat cair yang naik adalah:

w = m.g = ρ.V.g = ρ.π.R².h.g.

dimana jika perluas, menjadi sebagai berikut;

F = m.g
w = m.g

dimana

w = Usaha
m = masa
g = gravitasi m/s²

Postulat hukum III Newton menyebutkan "pipa akan melakukan gaya yang sama besar pada zat cair, tetapi dalam arah berlawanan".

Gaya inilah yang menyebabkan zat cair naik. Zat cair berhenti naik ketika berat kolom zat cair yang naik sama dengan gaya ke atas yang dikerjakan pada zat cair, maka w = F.

Kemudian massa sama dengan berat jenis dikalikan volume. Dan Volume sama dengan luas kali tinggi, sedangkan luas sama dengan panjang kali lebar atau dalam lingkaran, luas sama dengan phi dikalikan jari - jari pangkat dua, sehingga ;

m = ρ.V
V = A.h
A = π.R²

Dengan demikian maka ;

w = m.g = ρ.V.g = ρ.π.R².h.g.

Komponen gaya vertikal yang menarik zat cair sehingga naik setinggi h adalah:

F = (γ.cosθ).(2.π.R)= 2.π.R.g.cosθ.

Jika nilai F disubstitusi oleh w = ρ.π .R².h.g, maka persamaannya menjadi seperti berikut;

Jadi jika

w = F, maka ;

ρ.π.R².h.g = 2.π.R.g.cosθ

Tinggi h dapat diformulasikan dengan persamaan berikut;

\(h={2.γ.cos\theta \over{\rho.g.R}}\)

Keterangan:

\(h\) = kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa (m)
\(γ\) = tegangan permukaan N/m
\(θ\) = sudut kontak (derajat)
\(R\) = jari - jari pipa kapiler m

Aplikasi Kapilaritas Dapat ditemukan

1. Tinta terisi pada pulpen karena adanya kapilaritas.


2. Air yang diserap akar naik karena kapilaritas.


3. Minyak naik di sumbu lampu karena capillarity (sudah jarang digunakan).

Contoh Soal

Satu Gelembung sabun berjari-jari 10 cm ditiup. Tegangan permukaan larutan sabun adalah 30 dyne/cm. Hitung usaha yang dilakukan dalam meniup gelembung.

Jawab :

Gelembung sabun memiliki dua permukaan, satu bagian luar dan bagian dalam lainnya,

Total permukaan baru = 8πr²

Luas Permukaan Tegangan Permukaan = 0,

Luas permukaan akhir ΔA = 2 × 4πr²

Usaha yang dilakukan W = T × ΔA

∴ Pertambahan luas permukaan = 2 × 4πr²

= 30 × 8 × 3.14 × (10)²

W= 75360 erg

W= 75360 erg × 10⁻⁷Joule

W= 7.536 × 10⁻³joule

Catatan :

Satuan Erg (ergon bahasa Yunani= usaha) adalah jumlah usaha yang dihasilkan oleh gaya sebesar satu dyne untuk jarak sejauh satu sentimeter. Satuan pokok CGS: 1 g⋅cm²/s² = 1 erg.

1 erg = 10⁻⁷ J = 100 nJ

1 erg = 624.15 GeV = 6.2415 ×10¹¹ eV

1 erg = 1 dyne cm = 1 g·cm²/s²

View this post on Instagram

A post shared by Ctes bimbingan belajar (@ctesbimbelbogor)

View this post on Instagram

A post shared by Ctes bimbingan belajar (@ctesbimbelbogor)

Model Bohr dari Atom Hidrogen - Persamaan, Rumus, Batasan

Atom Tereksitasi

Atom keadaan tereksitasi adalah atom di mana energi total elektron dapat diturunkan dengan mentransfer satu atau lebih elektron ke orbital yang berbeda. Artinya, dalam keadaan tereksitasi atom tidak semua elektron berada pada tingkat energi serendah mungkin.

Misalkan. Perhatikan atom karbon yang konfigurasi elektronnya sebagai berikut.

Energi total elektron dalam atom karbon ini dapat diturunkan dengan mentransfer elektron dari orbital 2P ke orbital 2S. Oleh karena itu, atom karbon ini adalah atom karbon keadaan tereksitasi.

Bimbel TES SMAKBO

Daftar

Bimbel SBMPTN / SIMAK UI

Daftar

Lamanya waktu yang dihabiskan partikel dalam keadaan tereksitasi sebelum jatuh ke keadaan energi yang lebih rendah bervariasi. Eksitasi durasi pendek biasanya menghasilkan pelepasan energi kuantum, dalam bentuk foton atau fonon. Kembali ke keadaan energi yang lebih rendah disebut peluruhan.

Fluoresensi adalah proses peluruhan yang cepat, sedangkan pendar terjadi dalam jangka waktu yang lebih lama.Keadaan Tereksitasi Non-Elektron

Keadaan Tereksitasi Non-Elektron

Meskipun keadaan tereksitasi dalam kimia dan fisika hampir selalu mengacu pada perilaku elektron, jenis partikel lain juga mengalami transisi tingkat energi. Misalnya, partikel dalam inti atom dapat tereksitasi dari keadaan dasar, membentuk isomer nuklir.

Model Planet Atom

Mekanika kuantum muncul pada pertengahan tahun 1920-an. Neil Bohr, salah satu pendiri mekanika kuantum, tertarik dengan topik yang banyak diperdebatkan saat itu, yaitu tentang struktur atomnya. Banyak model atom, termasuk teori yang didalilkan oleh J.J Thompson dan penemuan inti oleh Ernest Rutherford, telah muncul. Tapi Bohr mendukung model planet, yang menegaskan bahwa elektron berputar di sekitar inti bermuatan positif seperti planet mengelilingi matahari.

Model Planet Atom

Namun demikian, para ilmuwan masih memiliki banyak pertanyaan yang belum terjawab seperti seperti :

• Mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti seperti yang diramalkan oleh fisika klasik?


• Di mana elektron dan apa yang mereka lakukan di sana?


• Bagaimana garis emisi diskrit yang dihasilkan oleh elemen tereksitasi berkorelasi dengan struktur internal atom?

Bohr menjawab semua pertanyaan ini dengan menggunakan asumsi yang tampaknya sederhana: Bagaimana jika orbit dan energi elektron, hanya dapat menunjukkan nilai tertentu? Anda dapat memeriksa Teori Atom untuk mempelajari berbagai teori atom yang dikemukakan oleh para ilmuwan di awal abad ke-20.

Persamaan Bohr

Model atom hidrogen Bohr pertama kali mengusulkan model planet, tetapi kemudian asumsi tentang elektron dibuat. Asumsinya adalah kuantisasi struktur atom. Bohr mengusulkan bahwa elektron mengorbit nukleus dalam orbit atau kulit tertentu dengan radius tetap. Hanya kulit-kulit dengan jari-jari yang diberikan oleh persamaan di bawah ini yang diizinkan, dan elektron tidak mungkin ada di antara kulit-kulit ini.

Secara matematis, nilai jari-jari atom yang diizinkan diberikan oleh persamaan:

\begin{array}{l}r(n)=n^2\times r(1)\end{array}

Where,

• n adalah bilangan bulat positif


• r(1) adalah jari-jari terkecil yang diizinkan untuk atom hidrogen yang juga dikenal sebagai jari-jari Bohr.

Jari-jari Bohr memiliki nilai:

\begin{array}{l}r(1)=0.529\times 10^{-10}\,m\end{array}

.

Bohr menghitung energi elektron di tingkat ke-n hidrogen dengan mempertimbangkan elektron dalam orbit melingkar dan terkuantisasi sebagai :

\begin{array}{l}E(n)=-\frac{1}{n^2}\times 13.6\,eV\end{array}

Dimana,

• 13.6 eV adalah energi serendah mungkin dari elektron hidrogen E(1).

Energi yang diperoleh selalu berupa bilangan negatif dan keadaan dasar n = 1, memiliki nilai paling negatif. Alasannya karena energi elektron pada orbitnya relatif terhadap energi elektron yang sepenuhnya terpisah dari intinya, \begin{array}{l}n=\infty\ end{array} dan diketahui memiliki energi 0 eV. Karena elektron dalam orbit tetap di sekitar nukleus lebih stabil daripada elektron yang sangat jauh dari nukleusnya, energi elektron dalam orbit selalu negatif.

Emisi & Absorbsi

Menurut model Bohr, sebuah elektron akan menyerap energi dalam bentuk foton untuk tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Setelah lolos ke tingkat energi yang lebih tinggi, juga dikenal sebagai keadaan tereksitasi, elektron tereksitasi menjadi kurang stabil, dan oleh karena itu, akan dengan cepat memancarkan foton untuk kembali ke tingkat energi yang lebih rendah dan lebih stabil. Energi foton yang dipancarkan sama dengan perbedaan energi antara dua tingkat energi untuk transisi tertentu. Energi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan.

\begin{array}{l}hv=\Delta E=(\frac{1}{n_{low}^2}-{\frac{1}{n_{high}^2}})13.6\,eV\end{array}

Dalam model Atom Bohr, kita telah mengasumsikan gaya sentripetal disediakan oleh gaya elektrostatik antara proton dan elektron dan menurunkan jari-jari, energi orbit dan kecepatan elektron.

Namun jika elektron tidak diam, bagaimana kita menggunakan Hukum Coulomb untuk menemukan gaya elektro 'statis'?

Postulat Model Atom Bohr

• Dalam sebuah atom, elektron (bermuatan negatif) berputar di sekitar inti bermuatan positif dalam jalur melingkar tertentu yang disebut orbit atau kulit.



• Setiap orbit atau kulit memiliki energi tetap dan orbit melingkar ini dikenal sebagai kulit orbital.



• Tingkat energi diwakili oleh bilangan bulat (n=1, 2, 3....) yang dikenal sebagai bilangan kuantum. Kisaran bilangan kuantum ini dimulai dari sisi inti dengan n=1 memiliki tingkat energi paling rendah. Orbit n=1, 2, 3, 4... ditetapkan sebagai K, L, M, N... . kulit dan ketika elektron mencapai tingkat energi terendah, dikatakan dalam keadaan dasar.



• Elektron dalam atom bergerak dari tingkat energi yang lebih rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi dengan memperoleh energi yang dibutuhkan dan elektron bergerak dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah dengan kehilangan energi.

Nilai energi untuk keadaan tereksitasi pertama atom hidrogen adalah

Dari postulat Bohr, kita tahu energi total n^th orbit,

Membersihkan dengan Pelarut, John B. Durkee, dalam Perkembangan Kontaminasi dan Pembersihan Permukaan (Edisi Kedua), 2008

Pelepasan Statis

Listrik statis adalah listrik yang terperangkap di permukaan benda nonkonduktif. Listrik pada badan konduktor yang hanya bersentuhan dengan nonkonduktor juga dicegah agar tidak keluar dan oleh karena itu tidak bergerak atau "statis".

Dimana cairan mengalir melalui pipa, listrik statis dihasilkan. Pelepasan listrik statis adalah pelepasan energi. Listrik statis yang cukup dapat bertindak sebagai percikan dan menyebabkan penyalaan pelarut pembersih.

Jaringan pipa dapat berupa wadah pengiriman atau penyimpanan. Sifat konduktif cairan dan sistem jaringan pipa mempengaruhi proses pembangkitan (pengisian). Ketika cairan mengalir melalui pipa logam tertutup, listrik statis tidak berbahaya. Ini karena permukaan cairan sudah menyentuh pipa logam.

Namun, ini bisa menjadi bahaya, ketika cairan dipompa ke dalam tangki. Dalam beberapa kasus, perlu untuk membatasi laju aliran untuk mengontrol pembangkitan statis. Muatan yang dihasilkan dalam cairan selama pemompaan dapat menumpuk di permukaan cairan dan menyebabkan percikan antara permukaan cairan dan tangki atau proyeksi di dalam tangki.

Filter dalam pipa sangat meningkatkan pembangkitan listrik statis. Dalam satu uji pengisian bahan bakar pesawat, dilaporkan bahwa pengembangan muatan 10–200 kali lebih banyak dengan filter daripada tanpa filter.⁴⁵

Ada persyaratan dasar untuk pembumian (pembumian) peralatan proses untuk mencegah pengapian uap yang mudah terbakar oleh pelepasan statis.

Konstanta dielektrik (KD) pelarut adalah ukuran efektivitas relatif cairan itu sebagai isolator listrik. Sebuah isolator listrik yang baik akan memungkinkan muatan statis untuk membangun jaringan perpipaan, dan tidak hilang. Inilah yang tidak inginkan terjadi, untuk menghindari terjadinya penyalaan.

Pelarut dengan KD rendah lebih berbahaya daripada pelarut dengan KD tinggi. Disipasi muatan statis dapat menghasilkan percikan api yang dapat menyalakan campuran udara/pelarut. Isolator listrik yang sempurna adalah ruang hampa, yang memiliki KD 1.000000. Sebagai perbandingan, udara memiliki KD 1.00059, hampir sama dengan ruang hampa, dan air memiliki nilai KD 78,2. Untuk zat cair, air adalah isolator yang buruk. Pelarut dengan KD 10 akan memungkinkan disipasi 10 kali jumlah listrik statis seperti pelarut dengan KD 1.

Pengukur dielektrik mengukur KD relatif pelarut dengan mengukur perbedaan kapasitansi probe antara standar (biasanya sikloheksana, dengan nilai KD sebenarnya 2,025) dan sampel pelarut. Ingatlah bahwa sikloheksana adalah pelarut pembersih yang umum digunakan. Sebagai disipator listrik statis yang sangat buruk, penggunaannya menimbulkan masalah keamanan yang signifikan. Hal ini benar apakah sikloheksana digunakan sendiri atau azeotrop dengan bahan kimia lain seperti isopropil alkohol.

Kecenderungan untuk melepaskan listrik statis dapat dibandingkan antara berbagai pelarut dengan data KD di Tabel 11.15. Lebih tinggi Nilai DC berarti muatan statis lebih mudah dibuang sebagai percikan dan mewakili pelarut yang lebih aman untuk digunakan.

Tabel Data Konstanta Dielektrik

Solvent	Temp (°F)	KD
Acetone	77	1.4
n-Hexane	68	1.9
Heptane	68	1.9
Methylhexane	68	1.9
Cyclohexane	68	2.0
Cyclopentane	68	2.0
Toluene	77	2.0
Dichloroethane	77	2.0
Dichloromethane (Meth)	68	2.1
Dichloroethylene	68	2.2
Limonene	68	2.3
Xylene	68	2.4
Tetrachloroethylene (Perc)	70	2.5
Glycerol	77	2.5
Methanol	77	2.6
Freon 113	70	2.6
Isopropyl alcohol	75	4.2
Ethyl ether	68	4.3
Ethanol	77	4.3
Chloroform	68	4.8
Acetic acid	68	6.2
Methyl acetate	77	6.7
Propyl alcohol	77	6.7
Ethylene gylcol	68	7.0
Cyclohexene	68	8.3
Trichlorethylene (TCE)	68	8.5
Trichloroethane (TCA)	68	8.5

View this post on Instagram

A post shared by Ctes bimbingan belajar (@ctesbimbelbogor)

View this post on Instagram

A post shared by Ctes bimbingan belajar (@ctesbimbelbogor)

View this post on Instagram

A post shared by Ctes bimbingan belajar (@ctesbimbelbogor)