Kapasitor sebagai penyimpan energi

Kurikulum: AP2, A-level, Tle, Sek I/II

Buka versi lengkap ↗

Tujuan

Membuktikan bahwa kapasitor yang bermuatan menyimpan energi dan dapat menyalakan lampu.

Rangkaian

Sumber 6 V, sakelar (tertutup), resistor 10 Ω, dan kapasitor 0,47 F disusun seri (kapasitansi sebesar ini adalah superkapasitor: susunan sel dengan hambatan dalam kecil, dengan tegangan kerja 6 V atau lebih); paralel dengan kapasitor — lampu 6 V / 0,5 W dan voltmeter. Saat praktikum dibuka, kapasitor dalam keadaan kosong dan mulai terisi.

Langkah kerja

1. Tunggu sekitar 20 s sampai pembacaan voltmeter berhenti naik, lalu catat nilainya.
2. Buka sakelar dan amati lampu serta voltmeter.
3. Hitung energi yang tersimpan \(W = C \cdot U^2 / 2\) dari tegangan pada langkah 1.

Hasil yang diharapkan

Setelah praktikum dibuka, lampu makin terang seiring kapasitor terisi; setelah 15–20 s tegangan pada kapasitor menetap di sekitar 5,2 V — sebagian tegangan jatuh pada resistor 10 Ω. Setelah sakelar dibuka, lampu tidak langsung padam, tetapi meredup perlahan selama sekitar setengah menit: lampu mendapat daya dari kapasitor, dan tegangan pada kapasitor turun. Energi yang tersimpan sekitar 0,47 · 5,2² / 2 ≈ 6,3 J.

Pertanyaan

1. Dari mana energi berasal saat sakelar terbuka?
2. Bagaimana lama nyala lampu berubah jika Anda memakai kapasitor dengan kapasitansi dua kali lipat?

Jawaban

1. Dari medan listrik kapasitor yang bermuatan. Selama sakelar tertutup, sumber menyimpan sekitar 6,3 J di dalamnya; setelah sakelar dibuka, kapasitor melepas muatannya melalui lampu, dan tegangannya turun seiring energi itu berubah menjadi kalor dan cahaya di filamen.
2. Lama nyala menjadi dua kali lipat, sekitar satu menit. Pada tegangan 5,2 V yang sama kapasitor menyimpan energi dua kali lipat, sekitar 12,7 J, dan lampu menarik arus yang sama pada setiap tegangan, sehingga tegangan turun dua kali lebih lambat; pengisian pada langkah 1 juga berlangsung dua kali lebih lama.