Mengonversi coulomb/volt [C/V] <—> milifarad [mF] • Kapasitansi • Teknik kelistrikan • Kalkulator ringkas • Pengonversi satuan online (2023)

Gambaran umum

Kapasitansi adalah kuantitas fisik yang menggambarkan kemampuan konduktor untuk menyimpan muatan. Nilai ini ditemukan dengan membagi besarnya muatan listrik dengan beda potensial antara konduktor:

C = Q/∆φ

Di SiniQadalah muatan listrik, yang diukur dalam coulomb (C), dan∆φadalah beda potensial, yang diukur dalam volt (V).

Kapasitansi diukur dalam farad (F) dalam SI. Unit ini dinamai fisikawan Inggris Michael Faraday.

Satu farad mewakili kapasitas yang luar biasa besar untuk sebuah konduktor terisolasi. Misalnya, sebuah bola logam terisolasi dengan radius 13 kali Matahari akan memiliki kapasitansi satu farad, sedangkan bola logam dengan radius sebesar Bumi akan memiliki kapasitansi sekitar 710 mikrofarad (µF). .

Karena farad adalah jumlah yang sangat besar, satuan yang lebih kecil digunakan, seperti mikrofarad (μF), yang merupakan sepersejuta farad, nanofarad (nF), yang merupakan sepermiliar farad, dan picofarad (pF). . , yang merupakan sepersejuta farad.

Dalam ekstensi CGS ke satuan elektromagnetik, satuan utama kapasitansi dijelaskan dalam sentimeter (cm). Kapasitas elektromagnetik satu sentimeter mewakili bola dengan radius 1 cm dalam ruang hampa. Sistem CGS adalah singkatan dari centimeter-gram-second - sistem ini menggunakan sentimeter, gram, dan detik sebagai satuan dasar panjang, massa, dan waktu. Ekstensi CGS juga menetapkan satu atau lebih konstanta menjadi 1, yang memungkinkan beberapa penyederhanaan rumus dan perhitungan.

penggunaan kapasitas

Kapasitor - komponen elektronik untuk menyimpan muatan listrik

Kapasitansi adalah kuantitas yang relevan tidak hanya untuk konduktor listrik, tetapi juga untuk kapasitor (awalnya disebut kapasitor). Kapasitor terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh dielektrik atau vakum. Versi kapasitor yang paling sederhana memiliki dua pelat yang berfungsi sebagai elektroda.

Sedikit sejarah

Ilmuwan berhasil membuat kapasitor sekitar 275 tahun yang lalu. Pada tahun 1745, di Leyden, fisikawan Jerman Ewald Georg von Kleist dan fisikawan Belanda Pieter van Musschenbroek menciptakan perangkat kondensor pertama yang disebut "tabung Leyden". Dinding tabung bertindak sebagai dielektrik, sedangkan air dan tangan pelaku eksperimen bertindak sebagai pelat konduktif. Tabung dapat mengumpulkan muatan satu microcoulomb (µC). Eksperimen dan demonstrasi tabung Leyden populer pada saat itu. Di dalam tabung, mereka diisi dengan listrik statis melalui gesekan. Peserta kemudian menyentuh tabung dan menerima sengatan listrik. Suatu kali, 700 pendeta di Paris melakukan eksperimen Leyden. Mereka berpegangan tangan dan salah satunya menyentuh pipa. Pada saat itu, 700 dari mereka berteriak ketakutan karena merasakan keterkejutan.

"Leyden Tube" datang ke Rusia berkat kaisar Rusia Peter the Great. Dia bertemu Pieter van Musschenbroek selama perjalanannya di Eropa dan menjadi akrab dengan karyanya. Ketika Peter the Great mendirikan Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, dia menugaskan Musschenbroek untuk memproduksi peralatan untuk Akademi tersebut.

Selama bertahun-tahun, kapasitor telah disempurnakan, dengan ukurannya yang mengecil seiring dengan peningkatan kapasitasnya. Saat ini, kapasitor banyak digunakan dalam elektronik. Misalnya, kapasitor dan kumparan induktansi membuat rangkaian resistor-induktor-kapasitor, juga dikenal sebagai rangkaian RLC, LCR, atau CRL. Sirkuit ini digunakan untuk mengatur frekuensi penerima di radio.

Ada beberapa jenis kapasitor yang dibedakan berdasarkan kapasitasnya yang konstan atau variabel dan berdasarkan jenis bahan dielektrik yang digunakan.

contoh kapasitor

Saat ini ada banyak jenis kapasitor yang dibuat untuk fungsi yang berbeda, tetapi klasifikasi utamanya didasarkan pada kapasitas dan tegangannya.

secara umum,kapasitaskapasitor dari beberapa picofarad hingga beberapa ratus mikrofarad. Pengecualian untuk superkapasitor ini, karena kapasitansinya dibentuk berbeda dibandingkan dengan kapasitor lain, menjadikannya kapasitansi lapisan ganda. Kemampuan ini mirip dengan prinsip kerja sel elektrokimia. Superkapasitor, dibangun dari tabung nano karbon, telah meningkatkan kapasitas karena luas permukaan elektroda yang lebih besar. Kapasitas superkapasitor adalah beberapa puluh farad, dan terkadang dapat menggantikan sel elektrokimia sebagai sumber arus listrik.

Properti terpenting kedua dari sebuah kapasitor adalahTegangan pengenaldari dia. Menambahkan nilai ini dapat menyebabkan kapasitor tidak berfungsi. Inilah alasan mengapa dalam konstruksi rangkaian biasanya digunakan kapasitor dengan tegangan nominal dua kali tekanan yang diterapkan pada rangkaian. Jadi, ketika tegangan dalam rangkaian naik di atas standar, kapasitor akan baik-baik saja, hingga kenaikannya mencapai dua kali standar.

Kapasitor dapat digabungkan untuk membentuk baterai guna meningkatkan voltase keseluruhan atau kapasitas sistem. Menghubungkan dua kapasitor dengan tipe yang sama secara seri akan menggandakan tegangan dan membagi dua kapasitas total. Menghubungkan kapasitor secara paralel akan menggandakan kapasitas totalnya, sedangkan voltase tetap sama.

Properti terpenting ketiga dari sebuah kapasitor adalahkoefisien suhu kapasitif. Properti ini menunjukkan hubungan antara kapasitansi dan suhu.

Berdasarkan tujuan dasarnya, kapasitor diklasifikasikan ke dalam kapasitor umumkapasitor tujuan umum, yang tidak perlu memenuhi persyaratan tingkat tinggi dan kapasitor khusus. Kelompok terakhir meliputi kapasitor tegangan tinggi, kapasitor presisi, dan kapasitor dengan koefisien kapasitansi temperatur yang berbeda.

Pelabelan kapasitor

Seperti resistor, kapasitor diberi label berdasarkan kapasitansi dan properti lainnya. Label dapat berisi informasi tentang kapasitas nominal, tingkat penyimpangan dari nilai nominal dan tegangan nominal. Kapasitor kecil ditandai dengan kode tiga atau empat digit atau alfanumerik, dan mungkin juga diberi kode warna.

Tabel dengan kode dan peringkat yang sesuai untuk voltase, kapasitansi nominal, dan koefisien suhu kapasitansi tersedia secara online, tetapi cara terbaik untuk memeriksa kapasitansi dan mengetahui apakah kapasitor berfungsi adalah dengan melepaskan kapasitor dari rangkaian dan mengukurnya dengan multimeter . .

Melihat: Kapasitor dapat menyimpan muatan yang sangat besar pada tegangan yang sangat tinggi. Untuk menghindari sengatan listrik, sangat diperlukan tindakan pencegahan sebelum mengukur. Secara khusus, kapasitor perlu dilepaskan untuk memisahkan konduktor dari kabel yang dilapisi dengan bahan resistansi tinggi. Benang biasa akan bekerja dengan baik dalam situasi ini.

kapasitor elektrolitik:Kapasitor ini memiliki efisiensi volumetrik yang tinggi. Ini berarti kapasitor memiliki kapasitas yang besar untuk satuan berat kapasitor yang diberikan. Sepiring kapasitor ini biasanya berupa strip aluminium, ditutupi dengan lapisan tipis aluminium oksida. Elektrolit cair bertindak sebagai pelat kedua. Cairan ini memiliki polaritas listrik, jadi penting untuk memastikan kapasitor ini ditambahkan dengan benar ke sirkuit, sesuai dengan polaritasnya,

kapasitor polimer:Kapasitor jenis ini menggunakan semikonduktor atau polimer organik yang menghantarkan arus sebagai pengganti elektrolit cair sebagai pelat kedua. Biasanya, anoda terbuat dari logam seperti aluminium atau tantalum.

kapasitor variabel:kapasitas kapasitor ini dapat diubah secara mekanis dengan menyesuaikan tegangan listrik atau mengubah suhu.

kondensor film:kapasitansinya dapat bervariasi dari 5 pF hingga 100 µF.

Ada jenis kapasitor lainnya.

superkapasitor

Kapasitor super menjadi semakin populer saat ini. Super kapasitor adalah kombinasi dari kapasitor dan sumber energi kimia. Muatan disimpan di tepi di mana dua media, elektroda dan elektrolit, bertemu. Komponen listrik pertama yang mendahului superkapasitor telah dipatenkan pada tahun 1957. Komponen ini merupakan kapasitor lapisan ganda listrik dan menggunakan bahan berpori, yang membantu meningkatkan kapasitansi karena peningkatan luas permukaan. Pendekatan ini sekarang dikenal sebagai kemampuan dual-tier. Elektroda berbasis karbon berpori. Sejak itu, desain terus meningkat dan superkapasitor pertama muncul di pasaran pada awal 1980-an.

Superkapasitor digunakan dalam rangkaian listrik sebagai sumber energi listrik. Kapasitor ini memiliki beberapa keunggulan dibandingkan baterai tradisional, termasuk masa pakai yang lama, bobot yang ringan, dan pengisian daya yang cepat. Superkapasitor kemungkinan besar akan menggantikan baterai di masa depan karena keunggulan ini. Kerugian utama menggunakan superkapasitor adalah menghasilkan jumlah energi spesifik yang lebih rendah (energi per satuan berat) dan memiliki tegangan rendah dan arus bocor tinggi.

Dalam balapan Formula 1, superkapasitor digunakan dalam sistem pemulihan energi. Energi dihasilkan saat kendaraan melambat. Energi ini disimpan dalam roda gila, baterai, atau superkapasitor untuk digunakan nanti.

Dalam elektronik konsumen, superkapasitor digunakan untuk memastikan arus listrik yang stabil atau sebagai catu daya cadangan. Superkapasitor sering memasok listrik selama jam sibuk untuk memenuhi kebutuhan daya perangkat yang dioperasikan dengan baterai yang memiliki kebutuhan listrik yang bervariasi, seperti pemutar MP3, senter, pengukur otomatis, dan perangkat lainnya.

Superkapasitor juga digunakan pada kendaraan angkutan umum, terutama troli, karena memungkinkan kemampuan manuver yang lebih besar dan pergerakan independen jika terjadi masalah dengan catu daya eksternal. Superkapasitor juga digunakan di beberapa bus dan mobil listrik.

Saat ini, banyak perusahaan membuat mobil listrik, termasuk General Motors, Nissan, Tesla Motors, dan Toronto Electric. Sebuah kelompok riset di University of Toronto, bersama dengan perusahaan distribusi motor listrik Toronto Electric, telah mengembangkan model mobil listrik Kanada, A2B. Mobil tersebut menggunakan sumber energi kimia dan superkapasitor - cara penyimpanan energi ini disebut penyimpanan listrik hibrida. Motor mobil listrik ini ditenagai oleh baterai seberat 380 kg. Panel surya juga digunakan untuk pengisian daya tambahan - ditempatkan di atap mobil.

Layar sentuh kapasitif

Di perangkat modern, ada peningkatan penggunaan layar sentuh yang mengontrol perangkat melalui layar sentuh atau panel. Ada berbagai jenis layar sentuh termasuk kapasitif dan resistif dan banyak lainnya. Beberapa hanya dapat merespons satu ketukan, sementara yang lain merespons beberapa ketukan. Prinsip pengoperasian layar kapasitif didasarkan pada fakta bahwa benda besar menghantarkan listrik. Tubuh besar dalam hal ini adalah tubuh manusia.

Layar sentuh kapasitif permukaan

Permukaan layar kapasitansi terbuat dari pelat kaca yang dilapisi dengan bahan resistif transparan. Secara umum bahan ini sangat transparan dan memiliki ketahanan permukaan yang rendah. Paduan indium oksida dan timah oksida umumnya digunakan. Elektroda di sudut layar menerapkan tegangan mengambang rendah ke bahan resistif. Saat jari menyentuh layar ini, ada kebocoran arus kecil. Kebocoran ini terdeteksi di empat sudut oleh sensor dan informasinya dikirim ke pengontrol, yang menentukan koordinat sentuhan.

Keuntungan dari layar ini adalah daya tahannya. Layar dapat menahan bahkan satu sentuhan per detik hingga 6,5 ​​tahun; yang berarti 200 juta sentuhan. Layar ini memiliki tingkat transparansi tinggi hingga 90%, karena keunggulan ini, layar sentuh kapasitif telah menggantikan layar sentuh yang ada di pasaran sejak 2009.

Kelemahan dari layar kapasitif adalah bahwa mereka tidak bekerja dengan baik pada suhu di bawah nol dan sangat sulit digunakan dengan sarung tangan, karena sarung tangan adalah isolator. Layar sentuh peka terhadap paparan elemen, sehingga terletak di panel luar perangkat dan digunakan pada perangkat yang melindungi layar dari paparan.

Layar sentuh kapasitansi yang diproyeksikan (Layar sentuh kapasitansi yang diproyeksikan)

Selain kapasitansi permukaan, ada juga kapasitansi yang diproyeksikan. Mereka berbeda dalam grid elektroda di bagian dalam layar. Saat pengguna menyentuh bantalan, badan dan bantalan bekerja sama seperti kapasitor. Berkat kisi-kisi elektroda, mudah untuk mendapatkan koordinat di area layar yang disentuh. Jenis layar ini merespons sentuhan meskipun pengguna mengenakan sarung tangan tipis.

Layar sentuh kapasitif yang diproyeksikan juga memiliki transparansi yang sangat tinggi hingga 90%. Layar sentuh tahan lama dan tahan lama, yang membuatnya populer tidak hanya di peralatan elektronik pribadi, tetapi juga di peralatan yang digunakan oleh publik, termasuk mesin penjual otomatis, sistem pembayaran elektronik, dan sebagainya. .

Artikel ini ditulis olehSergej Akishkin, Tatjana Kondratieva.