Perhatikan gambar rangkaian kapasitor berikut dari gambar diatas 2 pernyataan yang benar adalah

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

Kapasitas kapasitor keping sejajar yang diberi muatan dipengaruhi oleh:

1. konstanta dielektrik
2. tebal plat
3. luas plat
4. jarak kedua plat

Pernyataan yang sesuai adalah …. A.   2 B.   1 dan C.   2 dan 4 D.   2 dan 3

E.   1, 3, dan 4

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).

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

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).

Perhatikan gambar rangkaian kapasitor di bawah ini!

Nilai muatan total pada rangkaian kapasitor tersebut adalah ... (1 μF = 10−6 F). A.   0,5 μC B.   1 μC C.   2 μC D.   4 μC

E.   6 μC

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

Cp = nC      = 2 × 0,5 μF      = 1 μF

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

C = Cs + Cp

   = 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).

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

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 

Cp = Cs + C4

     = 2 μF + 7 μF      = 9 μF

Sedangkan antara C1, Cp, 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).

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

Kita tentukan dulu kapasitas totalnya.

Kapasitor 7 μF dan 5 μF tersusun paralel, sebut saja Cp1. 

Cp1 = 7 μF + 5 μF

       = 12 μF

Kapasitor 4 μF dan 2 μF juga tersusun paralel, sebut saja Cp2. 

Cp2 = 4 μF + 2 μF

       = 6 μF

Sedangkan Cp1, Cp2, 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.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.

Pernyataan 1 (salah) C1 diparalel dengan C3

Pernyataan 2 (salah)

C2 dirangkai seri dengan sumber tegangan Vo
Pernyataan 3 (salah) C2 diparalel dengan C3

Pernyataan 4 (Benar)

C3 dirangkai paralel dengan kapasitor C1

Sehingga jawaban yang benar adalah pernyataan 4 saja.

1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.29

Perhatikan gambar rangkaian kapasitor di samping! Besar energi listrik pada rangkain tersebut adalah… (1 µF = 10-6 F)

A. 65 x 10-6 Joule
B. 52 x 10-6 Joule
C. 39 x 10-6 Joule
D. 26 x 10-6 Joule
E. 13 x 10-6 Joule

Pembahasan
Diketahui :
Kapasitor 1 (C1) = 3 µF
Kapasitor 2 (C2) = 1 µF
Kapasitor 3 (C3) = 2 µF
Kapasitor 4 (C4) = 6 µF
Kapasitor 5 (C5) = 4 µFTegangan listrik (V) = 5 volt

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.

2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.29

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
B. 1,2 x 10-3 Joule
C. 1,8 x 10-3 Joule
D. 2,4 x 10-3 Joule
E. 3,0 x 10-3 Joule

Pembahasan
Diketahui :
Kapasitor 1 (C1) = 4 µF
Kapasitor 2 (C2) = 6 µF
Kapasitor 3 (C3) = 12 µF
Kapasitor 4 (C4) = 2 µF
Kapasitor 5 (C5) = 2 µFTegangan listrik (V) = 40 volt

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.

3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.29Perhatikan gambar rangkaian kapasitas berikut. Energi yang tersimpan dalam rangkaian listrik di atas adalah…

A. 576 Joule

B. 288 JouleC. 144 JouleD.  72 JouleE. 48 JoulePembahasan

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 Farad

Energi listrik pada rangkaian

E = ½ C V2 = ½ (4)(122) = (2)(144)E = 288 Joule

Jawaban yang benar adalah B.

Tagged Pembahasan Soal UN Fisika SMA 2013, Pembahasan soal UN fisika SMA/MA – Kapasitor