Kalkulator Kapasitor
Empat kalkulator dalam satu. Gabungkan kapasitor secara seri atau paralel, hitung muatan, tegangan, kapasitansi, dan energi tersimpan dari dua besaran mana pun, atau masukkan resistor dan kapasitor untuk mendapatkan konstanta waktu RC, tegangan pada momen apa pun, dan kurva pengisian atau pengosongan lengkap. Langkah perhitungannya ditampilkan untuk setiap hasil. Gratis, tanpa perlu mendaftar.
Tambahkan tegangan untuk melihat muatan, tegangan, dan energi setiap kapasitor.
Hasil
6,667 µF
Kapasitansi ekuivalen
2
Kapasitor
80 µC
Total muatan
480 µJ
Total energi
Langkah perhitungan
- 1 ÷ (1/10 µF + 1/20 µF) = 6,667 µF
Pada rangkaian seri setiap kapasitor menyimpan muatan yang sama, sehingga kapasitansi terkecil menerima tegangan terbesar. Periksa peringkat tegangan setiap kapasitor terhadap bagiannya.
Setiap kapasitor pada tegangan ini
| Kapasitor | Kapasitansi | Tegangan pada | Muatan | Energi |
|---|---|---|---|---|
| C1 | 10 µF | 8 V | 80 µC | 320 µJ |
| C2 | 20 µF | 4 V | 80 µC | 160 µJ |
Cara Menggunakan Kalkulator Kapasitor
- 1. Pilih apa yang ingin dihitung. Seri dan paralel menggabungkan beberapa kapasitor, Muatan dan energi menyelesaikan Q = CV dan E = ½CV², dan Pengisian dan pengosongan RC memodelkan resistor yang mengisi kapasitor.
- 2. Masukkan nilai dengan satuannya. Kapasitansi berkisar dari pF hingga F, tegangan dari µV hingga MV, muatan dari pC hingga C, dan energi dari nJ hingga kJ, sehingga kapasitor 4,7 µF dan peringkat 25 V dimasukkan sebagaimana tertulis.
- 3. Baca hasilnya. Besaran yang tidak diketahui muncul dengan awalan SI yang sesuai, bersama rumus dan angka Anda.
- 4. Gunakan gambarnya. Mode seri dan paralel menggambarkan bank kapasitor, mode muatan memplot Q terhadap V, dan mode RC memplot kurva tegangan dengan konstanta waktu ditandai.
Rumus
| Besaran | Rumus | Catatan |
|---|---|---|
| Kapasitor paralel | C = C₁ + C₂ + C₃ + … | Pelat secara efektif menambah luas |
| Kapasitor seri | 1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃ + … | Selalu lebih kecil dari yang terkecil |
| Muatan | Q = C × V | Coulomb = farad × volt |
| Energi tersimpan | E = ½CV² = ½QV = Q² ÷ 2C | Joule |
| Konstanta waktu RC | τ = R × C | Detik, dengan R dalam ohm dan C dalam farad |
| Pengisian | v(t) = V × (1 − e^(−t/τ)) | Naik menuju tegangan sumber V |
| Pengosongan | v(t) = V × e^(−t/τ) | Turun dari V menuju nol |
Kapasitor digabungkan dengan cara yang berlawanan dengan resistor. Kapasitor paralel bertambah karena masing-masing memberi luas pelat tambahan untuk menyimpan muatan pada tegangan yang sama. Pada seri, muatan yang sama berada di setiap kapasitor, tegangan terbagi di antara keduanya, dan kapasitansi total turun di bawah yang terkecil. Dua kapasitor sama besar yang diseri menghasilkan setengah nilai satu kapasitor.
Contoh Kasus
- Seri, 12 V: 10 µF dan 20 µF diseri menghasilkan 1 ÷ (1/10 µF + 1/20 µF) = 6,667 µF. Muatannya 6,667 µF × 12 V = 80 µC pada masing-masing, sehingga tegangannya 80 µC ÷ 10 µF = 8 V dan 80 µC ÷ 20 µF = 4 V. Kapasitor yang lebih kecil menanggung tegangan yang lebih besar.
- Paralel, 12 V: 1 µF, 2,2 µF, dan 4,7 µF yang diparalel berjumlah 7,9 µF, menyimpan 94,8 µC dan 568,8 µJ pada 12 V.
- Muatan dan energi: kapasitor 100 µF pada 12 V menyimpan Q = 100 µF × 12 V = 1,2 mC dan E = ½ × 100 µF × (12 V)² = 7,2 mJ.
- Rangkaian RC: dengan 10 kΩ dan 100 µF, konstanta waktunya adalah 10.000 Ω × 0,0001 F = 1 s. Dua detik setelah langkah 5 V, kapasitor berada pada 5 × (1 − e⁻²) = 4,323 V, 86,5% dari sumber, dan arusnya turun menjadi 67,67 µA dari 0,5 mA awalnya.
Membaca Kurva RC
Setelah satu konstanta waktu, kapasitor yang diisi telah mencapai 63,2% dari tegangan sumber, dan yang dikosongkan telah turun menjadi 36,8%. Setelah dua, berada di 86,5%, setelah tiga 95,0%, setelah empat 98,2%, dan setelah lima 99,3%. Aturan praktis bahwa kapasitor "terisi penuh setelah 5τ" sebenarnya berarti dalam 1%: kapasitor tidak pernah mencapai tegangan sumber secara tepat. Waktu untuk mencapai pecahan f dari perubahan adalah t = −τ × ln(1 − f), yang memberikan 0,693τ untuk titik setengah dan 2,303τ untuk 90%.
Pasangan RC yang sama juga merupakan filter orde pertama. Sebagai filter lolos-rendah, sudut −3 dB-nya berada di fc = 1 ÷ (2πRC), yaitu 0,159 Hz untuk contoh 1 s di atas. Kalkulator menampilkannya di sebelah konstanta waktu.
Kapasitor nyata berbeda dari yang ideal
Kapasitor elektrolit sering memiliki toleransi ±20%, dan kapasitansinya berubah menurut suhu, tegangan, dan usia. Setiap kapasitor juga memiliki peringkat tegangan yang harus melebihi tegangan yang akan diterimanya. Dalam rangkaian seri, periksa setiap kapasitor terhadap bagiannya sendiri. Kapasitor besar dapat menyimpan muatan berbahaya lama setelah daya dilepas, jadi kosongkan sebelum menyentuhnya.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
- Bagaimana cara menjumlahkan kapasitor secara paralel dan seri?
- Secara paralel, jumlahkan kapasitansinya: 1 µF + 2,2 µF + 4,7 µF = 7,9 µF. Secara seri, jumlahkan kebalikannya lalu balikkan hasilnya: untuk 10 µF dan 20 µF, 1/C = 0,1 + 0,05 = 0,15 per µF, sehingga C = 6,667 µF.
- Apa rumus energi yang tersimpan dalam kapasitor?
- E = ½CV², dalam joule dengan C dalam farad dan V dalam volt. Bentuk yang setara adalah ½QV dan Q² ÷ 2C. Menggandakan tegangan melipatgandakan energi empat kali, itulah sebabnya bank kapasitor tegangan tinggi berbahaya.
- Apa itu konstanta waktu RC?
- τ = R × C, yaitu waktu dalam detik bagi kapasitor yang diisi melalui resistor untuk mencapai 63,2% dari tegangan sumber, atau bagi kapasitor yang dikosongkan untuk turun menjadi 36,8% dari nilai awalnya. Sepuluh kiloohm dengan 100 µF menghasilkan 1 s.
- Berapa lama kapasitor terisi penuh?
- Secara teori tidak pernah selesai. Setelah 5τ ia berada dalam 0,7% dari tegangan sumber, yang biasanya dianggap terisi penuh; setelah 3τ ia berada di 95%. R atau C yang lebih besar memberi waktu yang lebih lama.
- Mengapa pasangan seri memberi kapasitansi yang lebih kecil?
- Kedua kapasitor bersama-sama bertindak seperti satu kapasitor yang pelatnya lebih berjauhan, karena muatan pada pelat dalam hanya berpindah di antara keduanya. Jarak yang lebih jauh berarti kapasitansi lebih kecil, dan tegangan terbagi di antara pasangan itu.
- Apa satuan farad?
- Satu farad menyimpan satu coulomb muatan per volt. Ini satuan yang sangat besar, sehingga kapasitor praktis diberi tanda dalam mikrofarad (µF), nanofarad (nF), dan pikofarad (pF); superkapasitor mencapai ratusan farad.