Show
11 Contoh soal kapasitor – rangkaian seri dan paralel 1. Tiga kapasitor terangkai seri-paralel seperti pada gambar di bawah. Jika C1 = 2 μF, C2 = 4 μF, C3 = 4 μF, maka kapasitas penggantinya adalah… Diketahui : Kapasitor C1 = 2 μF Kapasitor C2 = 4 μF Kapasitor C3 = 4 μF Ditanya : Kapasitas pengganti (C) Jawab : Kapasitor C2 dan C3 terangkai paralel. Kapasitas penggantinya adalah : CP = C2 + C3 = 4 + 4 = 8 μF Kapasitor C1 dan CP terangkai seri. Kapasitas penggantinya adalah : 1/C = 1/C1 + 1/CP = 1/2 + 1/8 = 4/8 + 1/8 = 5/8 C = 8/5 μF μF = mikro Farad (satuan kapasitansi listrik). 1 μF = 10-6 Farad 2. Tiga kapasitor terangkai seri-paralel seperti pada gambar di bawah. Jika C1 = 2 μF, C2 = 4 μF, C3 = 6 μF, C4 = 5 μF dan C5 = 10 μF, maka kapasitas penggantinya adalah…Pembahasan Diketahui :Kapasitor C1 = 2 μF Kapasitor C2 = 4 μF Kapasitor C3 = 6 μF Kapasitor C4 = 5 μF Kapasitor C5 = 10 μF Ditanya : Kapasitas pengganti (C) Jawab : Kapasitor C2 dan C3 terangkai paralel. Kapasitas penggantinya adalah :CP = C2 + C3 Kapasitor C1, CP, C4 dan C5 terangkai seri. Kapasitas penggantinya adalah :1/C = 1/C1 + 1/CP + 1/C4 + 1/C51/C = 1/2 + 1/10 + 1/5 + 1/101/C = 5/10 + 1/10 + 2/10 + 1/101/C = 9/10 C = 10/9 μF 3. C1 = 3 μF, C2 = 4 μF dan C3 = 3 μF. Ketiga kapasitor terangkai seri-paralel. Tentukan energi listrik pada rangkaian!Pembahasan Diketahui : Kapasitor C1 = 3 μF Kapasitor C2 = 4 μF Kapasitor C3 = 3 μF Ditanya : Kapasitas pengganti (C) Jawab : Kapasitor C2 dan C3 terangkai paralel. Kapasitas penggantinya adalah :CP = C2 + C3 Kapasitor C1 dan CP terangkai seri. Kapasitas penggantinya adalah :1/C = 1/C1 + 1/CP1/C = 1/3 + 1/71/C = 7/21 + 3/211/C = 10/21C = 21/10C = 2,1 μF C = 2,1 x 10-6 F Energi listrik pada rangkaian :E = ½ C V2 4. Perhatikan gambar rangkaian kapasitor di samping! Besar muatan total pada rangkaian kapasitor tersebut adalah… (1 μF = 10-6 F) A. 1,50 μC B. 2,75 μC C. 3,50 μC D. 4,50 μC E. 4,75 μC Pembahasan Diketahui : Kapasitor 1 (C1) = 3 μF Kapasitor 2 (C2) = 3 μF Kapasitor 3 (C3) = 3 μF Kapasitor 4 (C4) = 2 μF Kapasitor 5 (C5) = 3 μF Tegangan (V) = 3 Volt Ditanya : Muatan total pada rangkaian kapasitor (Q) Jawab : Kapasitor pengganti Kapasitor C1, C2 dan C3 dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/C123 = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/3 + 1/3 + 1/3 = 3/3 C123 = 3/3 = 1 μF Kapasitor C123 dan C4 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : C1234 = C123 + C4 = 1 + 2 = 3 μF Kapasitor C1234 dan C5 dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/C = 1/C1234 + 1/C5 = 1/3 + 1/3 = 2/3 C = 3/2 μF C = 3/2 x 10-6 F Muatan listrik total Muatan listrik pada kapasitor pengganti = muatan total pada rangkaian kapasitor : Q = V C = (3 Volt)(3/2 x 10-6 Farad) = 9/2 x 10-6 Coulomb Q = 9/2 mikroCoulomb = 9/2 μC Q = 4,5 μC Jawaban yang benar adalah D. 5. Perhatikan gambar rangkaian kapasitor di samping! Jika nilai masing-masing kapasitor C1 = C2 = 2 μF, C3 = C4 = 1 μF dan C5 = 4 μF, maka nilai muatan total pada rangkaian tersebut adalah… (1 μF = 10-6 F) A. 1/7 μC B. 2/7 μC C. 4/7 μC D. 6/7 μC E. 1 μC Pembahasan Diketahui : Kapasitor 1 (C1) = 2 μF Kapasitor 2 (C2) = 2 μF Kapasitor 3 (C3) = 1 μF Kapasitor 4 (C4) = 1 μF Kapasitor 5 (C5) = 4 μF Tegangan (V) = 1,5 Volt Ditanya : Muatan total pada rangkaian (Q) Jawab : Kapasitor pengganti Kapasitor C3 dan C4 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : C34 = C3 + C4 = 1 + 1 = 2 μF Kapasitor C5, C1, C2 dan C34 dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/C = 1/C5 + 1/C1 + 1/C2 + 1/C34 1/C = 1/4 + 1/2 + 1/2 + 1/2 1/C = 1/4 + 2/4 + 2/4 + 2/4 1/C = 7/4 C = 4/7 μF C = 4/7 x 10-6 F Muatan listrik total Muatan listrik pada kapasitor pengganti = muatan total pada rangkaian : Q = V C = (1,5 Volt)(4/7 x 10-6 Farad) = 6/7 x 10-6 Coulomb Q = 6/7 mikroCoulomb Q = 6/7 μC Jawaban yang benar adalah D. 6. Perhatikan rangkaian kapasitor berikut! Besar muatan total pada rangkaian adalah… A. 20 μC B. 40 μC C. 60 μC D. 80 μC E. 160 μC Pembahasan Diketahui : Kapasitor 1 (C1) = 3 μF Kapasitor 2 (C2) = 3 μF Kapasitor 3 (C3) = 4 μF Kapasitor 4 (C4) = 4 μF Kapasitor 5 (C5) = 8 μF Tegangan (V) = 10 Volt Ditanya : Muatan total pada rangkaian (Q) Jawab : Kapasitor pengganti Kapasitor C1 dan C2 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : C12 = C1 + C2 = 3 + 3 = 6 μF Kapasitor C3 dan C4 dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/C34 = 1/C3 + 1/C4 = 1/4 + 1/4 = 2/4 C34 = 4/2 = 2 μF Kapasitor C12, kapasitor C34 dan kapasitor C5 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : C = C12 + C34 + C5 = 6 + 2 + 8 = 16 μF = 16 x 10-6 Farad Muatan listrik total Muatan listrik pada kapasitor pengganti = muatan total pada rangkaian kapasitor : Q = V C = (10 Volt)(16 x 10-6 Farad) = 160 x 10-6 Coulomb Q = 160 mikroCoulomb = 160 μC Jawaban yang benar adalah E. 7. Perhatikan gambar rangkaian kapasitor di samping! Besar energi listrik pada rangkain tersebut adalah… (1 µF = 10-6 F) A. 65 x 10-6 Joule Pembahasan Ditanya : Energi listrik pada rangkaian Jawab : Kapasitor pengganti rangkaian kapasitor seri-paralelKapasitor 2 dan kapasitor 3 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : CA = C2 + C3 = 1 + 2 = 3 µF Kapasitor 1, kapasitor A dan kapasitor 4 dirangkai seri. Kapasitor pengganti :1/CB = 1/C1 + 1/CA + 1/C4 = 1/3 + 1/3 + 1/6 = 2/6 + 2/6 + 1/6 = 5/6 CB = 6/5 µFKapasitor B dan kapasitor 5 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : C = CB + C5 = 6/5 + 4 = 6/5 + 16/4 = 24/20 + 80/20 = 104/20 = 5,2 µF C = 5,2 x 10-6 Farad Energi listrik pada rangkaian E = ½ C V2 = ½ (5,2 x 10-6)(52) = (2,6 x 10-6)(25) E = 65 x 10-6 Joule Jawaban yang benar adalah A. 8. Perhatikan gambar rangkaian kapasitor berikut! Besar energi listrik dalam rangkaian kapasitor gabungan ini adalah… (1 µF = 10-6 F) A. 0,6 x 10-3 Joule Pembahasan Ditanya : Energi listrik pada rangkaian Jawab : Kapasitor pengganti rangkaian kapasitor seri-paralelKapasitor 1, kapasitor 2 dan kapasitor 3 dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/CA = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/4 + 1/6 + 1/12 = 3/12 + 2/12 + 1/12 = 6/12 CA = 12/6 = 2 µFKapasitor 4 dan kapasitor 5 dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/CB = 1/C4 + 1/C5 = 1/2 + 1/2 = 2/2 CB = 2/2 = 1 µFKapasitor A dan kapasitor B dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : C = CA + CB = 2 + 1 = 3 µF C = 3 x 10-6 Farad Energi listrik pada rangkaian E = ½ C V2 = ½ (3 x 10-6)(402) = (1,5 x 10-6)(1600) E = 2400 x 10-6 = 2,4 x 10-3 Joule Jawaban yang benar adalah D. 9. Perhatikan gambar rangkaian kapasitas berikut. Energi yang tersimpan dalam rangkaian listrik di atas adalah… Diketahui : Kapasitor 1 (C1) = 4 F Kapasitor 2 (C2) = 4 F Kapasitor 3 (C3) = 4 F Kapasitor 4 (C4) = 4 F Kapasitor 5 (C5) = 2 FTegangan listrik (V) = 12 volt Ditanya : Energi listrik pada rangkaian Jawab : Jawab : Kapasitor pengganti rangkaian kapasitor seri-paralelKapasitor 1, kapasitor 2 dan kapasitor 3 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : CA = C1 + C2 + C3 = 4 + 4 + 4 = 12 F Kapasitor 4 dan kapasitor 5 dirangkai paralel. Kapasitor pengganti :CB = C4 + C5 = 4 + 2 = 6 F Kapasitor A dan kapasitor B dirangkai seri. Kapasitor pengganti :1/C = 1/CA + 1/CB = 1/12 + 1/6 = 1/12 + 2/12 = 3/12 C = 12/3 = 4 FaradEnergi listrik pada rangkaian E = ½ C V2 = ½ (4)(122) = (2)(144)E = 288 Joule Jawaban yang benar adalah B. 10. Perhatikan rangkaian di bawah ini! Besarnya muatan pada kapasitor C5 adalah….A. 36 CoulombB. 24 CoulombC. 12 CoulombD. 6 Coulomb E. 4 Coulomb PembahasanDiketahui : Kapasitor 1 (C1) = 6 F Kapasitor 2 (C2) = 6 F Kapasitor 3 (C3) = 3 F Kapasitor 4 (C4) = 12 F Kapasitor 5 (C5) = 6 FTegangan (V) = 12 Volt Ditanya : Muatan pada kapasitor (C5) Jawab : Kapasitor Kapasitor CA dan kapasitor CB dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : Muatan ListrikMuatan listrik pada kapasitor pengganti C :q = V C = (12 Volt)(3 Farad) = 36 Coulomb Kapasitor 1 dan kapasitor CC dirangkai seri sehingga muatan listrik pada kapasitor pengganti C = muatan listrik pada kapasitor C1 = muatan listrik pada kapasitor CC = 36 Coulomb. Kapasitor CC berkapasitas 6 Farad dan mempunyai muatan 36 Coulomb. Beda potensial pada kapasitor CC adalah : V = q/CC = 36 Coulomb / 6 Farad = 6 Volt Kapasitor CC merupakan kapasitor pengganti untuk kapasitor CA dan kapasitor CB yang dirangkai paralel. Karenanya beda potensial pada kapasitor CC (VC) = beda potensial pada kapasitor CA (VA) = beda potensial pada kapasitor CB (VB) = 6 Volt. Muatan listrik pada kapasitor CB : 11. Lima kapasitor identik masing-masing 20 µF disusun seperti pada gambar, dihubungkan sumber tegangan 6 volt. Muatan total yang tersimpan pada kapasitor C5 adalah…. A. 12 µCB. 24 µCC. 60 µCD. 120 µC E. 600 µC PembahasanDiketahui : Kapasitor C1 = C2 = C3 = C4 = C5 = 20 µF Beda potensial (V) = 6 VoltDitanya : Muatan total yang tersimpan pada kapasitor C5Jawab :Kapasitor Kapasitor C1 dan kapasitor C2 dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/CA = 1/C1 + 1/C2 = 1/20 + 1/20 = 2/20 CA = 20/2 = 10 µF Kapasitor C3 dan kapasitor C4 dirangkai seri. Kapasitor pengganti : 1/CB = 1/C3 + 1/C4 = 1/20 + 1/20 = 2/20 CB = 20/2 = 10 µF Kapasitor CA dan kapasitor CB dirangkai paralel. Kapasitor pengganti : CC = CA + CB = 10 + 10 = 20 µF Kapasitor CC dan kapasitor C5 dirangkai seri : 1/C = 1/CC + 1/C5 = 1/20 + 1/20 = 2/20 C = 20/2 = 10 µF Muatan ListrikMuatan listrik pada kapasitor pengganti C : q = V C = (6 Volt)(10 x 10-6 Farad) = 60 x 10-6 Coulomb = 60 µC Kapasitor CC dan kapasitor 5 dirangkai seri sehingga muatan listrik pada kapasitor pengganti C = muatan listrik pada kapasitor CC = muatan listrik pada kapasitor C5 = 60 µC. Jawaban yang benar adalah C. Sumber soal: Soal UN Fisika SMA/MA |