Karbon
Karbon merupakan unsur yang paling serbaguna dalam tabel periodik, berkat jenis, kekuatan, dan jumlah ikatan dapat terbentuk dengan unsur-unsur yang berbeda. Keragaman ikatan dan geometri yang berhubungan memungkinkan adanya struktur isomer, isomer geometrik, dan enansiomer.
Sifat-sifat karbon akibat langsung dari susunan elektron di sekitar inti atom. Ada enam elektron valensi dalam sebuah atom karbon, dibagi secara merata antara orbital 1s, 2s, dan 2p. Karena orbital atom 2p dapat menyimpan hingga enam elektron, karbon dapat membuat hingga empat ikatan. Namun, elektron valensi yang terlibat dalam ikatan kimia menempati orbital 2s dan 2p (O’Connell
2006).
Ikatan kovalen dibentuk oleh promosi elektron 2s untuk satu atau lebih orbital 2p dimana orbital hibrida yang dihasilkan adalah jumlah dari orbital asli. Tergantung pada seberapa orbital p yang terlibat, hal ini dapat terjadi dalam tiga cara yang berbeda. Pada tipe pertama, persilangan pasangan orbital 2s dengan salah satu orbital 2p yang membentuk dua orbital hibrida sp1 dalam geometri linier dipisahkan oleh sudut 180˚. Jenis kedua melibatkan hibridisasi orbital 2s dengan hibridisasi dua orbital 2p. Sebagai akibatnya, tiga orbital sp2 terbentuk. Ini
berada di bidang yang sama dipisahkan dengan sudut 120˚. Dalam hibridisasi
ketiga, salah satu orbital 2s disilangkan dengan tiga orbital 2p, menghasilkan empat orbital sp3 dipisahkan dengan sudut 10λ,5˚. Hibridisasi sp3 menghasilkan pengaturan tetrahedral karakteristik ikatan. Ketiga kasus tersebut, energi yang diperlukan untuk hibridisasi orbital atom diberikan melalui energi bebas membentuk ikatan kimia dengan atom lain (O’Connell 2006).
Karbon dalam fasa padat dapat hadir dalam tiga bentuk allotrop: grafit, berlian, dan Buckminsterfullerene (gambar 1). Berlian memiliki struktur kristal di mana setiap atom karbon hibridisasi sp3 terikat pada empat yang lain dalam susunan tetrahedral.
Gambar 1 Tiga allotrop karbon.
Jaringan kristal memberikan kekerasan berlian (substansi yang paling sulit diketahui) dan sifat konduksi panas yang sangat baik (sekitar lima kali lebih baik dari tembaga). Grafit terbuat dari lembaran planar berlapis karbon terhibridisasi sp2 atom terikat bersama-sama dalam jaringan heksagonal. Geometri yang berbeda dari ikatan kimia membuat grafit lembut, licin, buram, dan konduktif listrik. Berbeda dengan berlian, setiap atom karbon dalam lembaran grafit hanya terikat pada tiga atom lainnya. Buckminsterfullerenes, atau fullerenes adalah allotrop karbon ketiga dan terdiri dari golongan molekul bulat atau silinder dengan semua atom karbon terhibridisasi sp2 (O’Connell 2006).
Pati
Pati merupakan polisakarida paling melimpah kedua setelah selulosa. Seperti yang dinyatakan oleh namanya, molekul polisakarida terdiri dari banyak satuan monosakarida. Jika satuan monosakarida itu gula pentosa, C5H12O5, maka polisakarida itu dikelompokkan sebagai pentosan, (C5H8O4)x. Jika satuan monosakaridanya adalah suatu gula heksosa, C6H12O6, polisakarida itu dikelompokkan sebagai heksosan, (C6H10O5)x. Polisakarida jenis heksosan, (C6H10O5)x yang paling melimpah adalah heksosan yang satuan heksosannya adalah glukosa. Pati dan selulosa termasuk dalam kelompok ini. Cara satuan-satuan glukosa dihubung-hubungkan dalam molekul pati (Gambar 2).
Gambar 2 Pati (Keenan 1992)
Pati dapat dipisahkan menjadi dua fraksi utama berdasarkan kelarutan bila dibubur (triturasi) dengan air panas: sekitar 20% pati adalah amilosa (larut) dan 80% sisanya ialah amilopektin (tidak larut).
Amilosa
Hidrolisis lengkap amilosa menghasilkan hanya D-glukosa; hidrolisis parsial menghasilkan maltosa sebagai satu-satunya disakarida. Disimpulkan
bahwa amilosa adalah polimer linear dari αDglukosa yang dihubungkan secara
-1,4’. Beda antara amilosa dan selulosa ialah ikatan glikosidanyaμ β dalam selulosa dan α dalam amilosa. Perbedaan ini menyebabkan perbedaan sifat antara kedua polisakarida ini.
Terdapat 250 satuan glukosa atau lebih per molekul amilosa. Pengukuran panjang rantai dikacaukan oleh fakta bahwa amilosa alamiah terdegradasi menjadi rantai yang lebih kecil selama pemisahan dan pemuaian.
Molekul amilosa membentuk spiral di sekitar molekul I2; timbul warna biru tua dari intaraksi antara keduanya. Warna ini merupakan dasar uji iod untuk pati, dimana suatu larutan iod ditambahkan ke suatu contoh yang tidak diketahui untuk menguji hadirnya pati.
Amilopektin
Suatu polisakarida yang jauh lebih besar dari pada amilosa, mengandung 1000 satuan glukosa atau lebih per molekul. Seperti rantai dalam amilosa, rantai
utama dari amilopektin mengandung 1,4’-α-D-glukosa. Tidak seperti amilosa, amilopektin bercabang sehingga terdapat satu glukosa ujung untuk kira-kira tiap
25 satuan glukosa. Ikatan pada titik percabangan ialah ikatan 1,6’-α-glikosida.
Gambar 4 Amilopektin
Hidrolisis lengkap amilopektin hanya menghasilkan D-glukosa. Namun hidrolisis tak lengkap menghasilkan suatu campuran disakarida maltosa dan isomaltosa, yang kedua ini berasal dari percabangan-1,6’. Campuran
oligosakarida yang diperoleh dari hidrolisis parsial amilopektin, yang biasa dirujuk sebagai dekstrin, digunakan untuk membuat lem, pasta dan kanji tekstil.
Gambar 5 Isomaltosa; 6-O-(α-D-glukopiranosil)-D-glukopiranosa
Glikogen
Dari segi struktur, glikogen mirip amilopektin. Glikogen mengandung rantai glukosa yang terikat -1-4’-α dengan percabangan-percabangan (1,6’-α).
Beda antara glikogen dan amilopektin ialah bahwa glikogen lebih bercabang daripada amilopektin (Fessenden 1982).
Katalis
Sebuah katalis mempercepat reaksi kimia dengan membentuk reaksi ikatan dengan molekul, dan dengan membiarkan ini untuk bereaksi terhadap suatu produk yang terlepas dari katalis, dan sedemikian rupa sehingga tersedia untuk reaksi berikutnya. Bahkan dapat digambarkan reaksi katalis sebagai peristiwa siklik dimana katalis berpartisipasi dan kembali dalam bentuk aslinya pada akhir siklus.
Berikut reaksi katalis antara dua molekul A dan B untuk menghasilkan produk P (Gambar 6). Siklus ini dimulai dengan ikatan molekul A dan B pada katalis. A dan B kemudian bereaksi di dalam kompleks ini untuk menghasilkan produk P yang juga terikat pada katalis. Pada tahap terakhir, P terpisah dari katalis sehingga meninggalkan siklus reaksi di daerah asalnya.
Gambar 6 Setiap reaksi katalis merupakan siklus tahap dasar, di mana mengikat molekul reaktan ke katalis, bereaksi, dan setelah produk terlepas dari katalis keduanya bebas untuk siklus berikutnya.
Untuk melihat bagaimana katalis mempercepat reaksi, perlu dilihat diagram energi potensial pada Gambar 7 yang membandingkan reaksi non-katalis dan reaksi katalis. Untuk reaksi non-katalis, jumlah tersebut adalah mekanisme yang umum untuk memvisualisasikan persamaan Arrhenius: hasil reaksi ketika A dan B bertumbukan dengan energi yang cukup untuk mengatasi hambatan aktivasi pada gambar 7. Perubahan energi bebas Gibbs antara reaktan A + B dan produk P
adalan ∆G.
Reaksi katalis dimulai dengan ikatan reaktan A dan B pada katalis dalam reaksi spontan. Oleh karena itu, pembentukan kompleks ini adalah eksotermik, dan energi bebas diturunkan. Selanjutnya mengikuti reaksi antara A dan B, sementara keduanya terikat pada katalis. Tahap ini terkait dengan energi aktivasi, namun secara signifikan lebih rendah daripada untuk reaksi tanpa katalis. Akhirnya, produk P terpisah dari katalis pada tahap endotermik.
Gambar 7 Diagram energi potensial dari reaksi katalis heterogen, dengan gas reaktan dan produk serta katalis padat. Reaksi tanpa katalis harus mengatasi hambatan energi besar, sedangkan hambatan di jalur katalis jauh lebih rendah.
Diagram energi Gambar 7 menggambarkan beberapa poin penting:
Katalis menawarkan jalan alternatif untuk reaksi yang lebih kompleks, sangat aktif tapi jauh lebih menguntungkan.
Energi aktivasi reaksi katalis secara signifikan lebih kecil daripada reaksi tanpa katalis, sehingga laju reaksi katalis lebih jauh.
Perubahan energi bebas secara keseluruhan untuk reaksi katalis sama dengan reaksi tanpa katalis. Oleh karena itu, katalis tidak mempengaruhi tetapan kesetimbangan untuk reaksi keseluruhan A + B ke P.
Katalis mempercepat reaksi baik maju dan sebaliknya pada tingkat yang sama. Dengan kata lain, jika katalis mempercepat pembentukan produk P dari A dan B, maka hal yang sama terjadi untuk dekomposisi P menjadi A dan B.
(Chorkendorff 2003).
Beberapa bahan yang digunakan dalam penyusunan katalis industri terbagi dalam tiga unsur utama: agen katalis aktif, pendukung dan promotor.
Agen katalis aktif merupakan konstituen yang terutama bertanggung jawab untuk fungsi katalitis termasuk logam, semikonduktor dan isolator. Jenis konduktivitas listrik (terutama untuk kenyamanan) mengklasifikasikan komponen aktif. Baik konduktivitas listrik dan sifat katalis tergantung pada konfigurasi elektronik atom, meskipun tidak saling berhubungan.
Pendukung atau pembawa adalah bahan yang sering digunakan sebagai pendukung katalis padat berpori dengan area permukaan keseluruhan (eksternal dan internal) menyediakan luas permukaan yang tinggi untuk komponen aktif. Pendukung juga memberikan bentuk dan kekuatan mekanis untuk katalis dan dalam beberapa kasus hal itu mempengaruhi aktivitas katalis.
Promotor merupakan penambahan senyawa untuk meningkatkan fungsi fisika atau kimia katalis. Meskipun promotor ditambahkan dalam jumlah yang relatif kecil seringkali dipilih untuk menentukan sifat katalis. Promotor mungkin dimasukkan ke dalam katalis selama setiap tahapan dalam pengolahan kimia unsur katalis. Dalam beberapa kasus, promotor ditambahkan selama reaksi.
Sebagian besar katalis lain, bahan aktif adalah komponen kecil yang diletakkan di atas penyangga berpori yang lebih atau kurang inert. Penyangga
secara luas digunakan termasuk alumina, silica gel, karbon aktif, zeolit, silikon karbida, titania, magnesia, dan berbagai silikat.
Kebanyakan katalis, dimana logam merupakan komponen aktif yang didukung katalis karena persyaratan utamanya adalah penggunaan area permukaan logam besar. Contoh katalis pendukung adalah karbon aktif didukung Pt dan Pd, dan Ni dalam alumina.
Katalis industri diproduksi melalui beberapa metode yang melibatkan satu atau lebih tahapan proses seperti pengendapan, pencucian, proses mengapur, peresapan, pencucian, dan pembentukan fusi termal.
Rangka katalis terdiri dari kerangka logam yang tersisa setelah dikurangi komponen campuran logam mulia setelah dihilangkan melalui penyucian dengan basa atau asam. Kerangka logam secara eksklusif masuk ke grup IB dan VIIB dari tabel periodik (Fe, Co, Ni, Cu, dan Ag), sedangkan Al, Zn, Si, dan Mg adalah komponen campuran logam paling sering digunakan. Campuran logam disusun oleh fusi komponen dalam proporsi yang tepat. Raney mempeloporkan pengembangan rangka katalis. Katalis Ni dan Co digunakan secara luas, yang sangat aktif untuk reaksi hidrogenasi. Katalis dibuat dari campuran logam nikel-aluminium dengan pencucian hampir semua nikel-aluminium dengan larutan asam kuat memisahkan katalis nikel berpori. Pelucutan campuran logam 50-50 dengan 20-30% larutan natrium hidroksida memberikan katalis Ni yang sangat aktif yang mengandung 90-97% Ni, 4 - 8% logam Al, 0,3 - 0,5% aluminium oksida, dan 1-2% hidrogen terlarut dalam kerangka (Wijngaarden 1998).
Dalam industri, penekanan utama pada pengembangan sebuah katalis aktif, selektif, stabil dan kuat secara mekanis. Untuk mencapai hal ini, dibutuhkan alat yang mengidentifikasi sifat struktural yang efisien membedakan dari katalis yang kurang efisien. Hubungan empiris antara faktor-faktor yang mengatur komposisi katalis (misalnya ukuran partikel dan bentuk, dan dimensi pori) dan ini menentukan kinerja katalis yang sangat berguna dalam pengembangan katalis, walaupun tidak selalu memberikan wawasan mendasar tentang bagaimana katalis beroperasi pada tingkat molekuler .
Beberapa spektroskopi, teknik mikroskopis dan difraksi digunakan untuk menyelidiki katalis. Seperti diilustrasikan Gambar 8, teknik ini didasarkan pada
beberapa jenis eksitasi (dalam anak panah pada Gambar 8) dimana respon katalis (dilambangkan dengan panah keluar). Misalnya, penyinaran katalis dengan foton sinar-X menghasilkan foto elektron, pada spektroskopi foto elektron sinar-X (XPS) merupakan salah satu alat karakterisasi yang paling berguna.
Gambar 8 Teknik karakterisasi katalis: lingkaran merupakan sampel yang diteliti, tanda panah menunjukkan proses eksitasi, dan panah keluar menunjukkan bagaimana informasi harus diekstrak (Chorkendorff 2003).
Hidrotermal
Rogers (1966) menyatakan bahwa hidrotermal adalah proses yang melibatkan air panas atau cairan panas lainnya yang mudah menguap karena adanya hubungan dengan sebuah sumber panas. Endapan hidrotermal adalah endapan yang terbentuk karena pengendapan mineral-mineral dari air panas atau cairan-cairan lainnya secara komparatif (Suparman 2010).
Penggunaan metode hidrotermal antara lain: Bergius (1913) mentransformasi hidrotermal selulosa menjadi karbon, Berl & Schmidt (1932) menggunakan sumber biomassa dan suhu bervariasi, Schuhmacher (1960) menganalisis pengaruh pH pada hasil HTC; Antonietti, Sun, Yu (2005) eksperimen hidrotermal suhu rendah pada sintesis karbon sferis (Beccile 2008); Hu (2008) tentang proses karbonisasi hidrotermal (HTC) senyawa biomassa dipanaskan dalam autoclave yang disegel di dalam asam sitrat pada suhu 200 ◦C selama 16 jam.
Karbonisasi Hidrotermal Bahan Karbon
Proses karbonisasi hidrotermal (HTC) untuk sintesis bahan karbon fungsional dari biomassa telah dipelajari secara intensif. Biasanya, biomassa yang digunakan untuk proses ini meliputi bahan tanaman mentah dan karbohidrat. Bahan tanaman mentah secara langsung diperoleh dari residu pertanian dan kayu, sedangkan karbohidrat biasanya termasuk gula, pati, hemiselulosa, dan selulosa.
Eksperimen menggunakan produk tertentu yang mengandung selulosa, hemiselulosa, sampai lignin, dan lebih kecil jumlah polimer polar sebagai bahan awal. Setelah senyawa biomassa dipanaskan dalam autoclave yang disegel dalam asam sitrat pada suhu 200 ◦C selama 16 jam, maka diperoleh dua jenis bahan karbon.
Jaringan "Soft" tanaman tanpa diperpanjang suatu rangka kristal selulosa menghasilkan karbon nanopartikel berbentuk bola dengan ukuran yang sangat kecil. Di samping itu, menarik untuk dicatat bahwa permukaan nanopartikel karbon sangat hidrofilik dan mudah didispersikan air karena penguraian bagian komponen lain dalam biomassa.
Gambar 9 Skema ilustrasi sintesis bahan karbon fungsional dari biomassa dan karbohidrat melalui proses karbonisasi hidrotermal (HTC). Bahan karbon fungsional dapat disintesis secara langsung atau dibantu katalis/template.
Jaringan "Hard" tanaman dengan struktur rangka kristal selulosa walaupun dapat mempertahankan bentuk luar dan besarnya skala struktur fitur dalam skala
makro dan mikro diakibatkan oleh hilangnya massa yang cukup besar. Munculnya perubahan struktur yang signifikan pada skala nanometer menghasilkan spons, mengakibatkan jaringan karbon berikutnya dengan struktur mesopori.
Mekanisme karbonisasi hidrotermal dengan menggunakan bahan biomassa ditunjukkan melalui skema berikut:
Gambar 10 Karbonisasi hidrotermal (Beccile 2008).
Penting untuk memperoleh pemahaman tentang mekanisme katalisis dalam proses HTC selama pembentukan bahan karbon dan modifikasi permukaan terkait. Yu et al (2004) melaporkan bahwa karbonisasi hidrotermal pati dapat secara efektif dipercepat dengan adanya ion logam yang juga mengarahkan sintesis terhadap nanoarsitektur berbagai logam-karbon. Selain itu, kehadiran [Fe(NH4)2(SO4)2] efektif dapat mengkatalisis karbonisasi butiran beras mentah dalam proses HTC.
Konversi hidrotermal (250-350 °C) dari glukosa diselidiki menggunakan reaktor sejumlah kapiler kuarsa. Kinetika penguraian glukosa secara keseluruhan umumnya ditentukan dan disesuaikan dengan data literatur. Perhatian telah ditujukkan untuk memulai penguraian glukosa dimana produk peluruhan glukosa primer diidentifikasi dari literatur dan digunakan dalam eksperimen.
Ditemukan bahwa semua komponen peluruhan utama glukosa, dengan pengecualian formaldehida menghasilkan jenis char (produk tidak larut aseton). Karakteristik reaksi pembentukan gas (terutama CO2) dibahas berdasarkan tes terpisah dengan bagian utama dan produk lain yang dikenal dengan degradasi glukosa awal. Massa lengkap dan sisa unsur diperoleh untuk dua suhu yang berbeda, 300 °C dan 350 °C, dan selang waktu bervariasi dari 10 detik hingga 10 hari. Dua tingkat yang berbeda dari pembentukan produk diamati sebagai fungsi dari selang waktu. Laju tercepat dalam 5-10 menit pertama, dan laju lebih lambat
setelah waktu ini. Ditemukan bahwa produk air terjadi terutama di selang waktu 5 menit pertama, yang konstan (3 mol/mol glukosa) dan tidak terpengaruh oleh suhu atau konsentrasi glukosa. Hasil produk minyak disebut air-aseton larut (WSS) menunjukkan hasil maksimum dalam selang waktu kurang lebih 5 menit. Setelah 5 menit berkurang dalam rangka gas dan char, yang dinamakan air-aseton tidak larut (WSIS). Namun, kuantitas tertentu dari WSS stabil bahkan setelah selang waktu 10 hari. Komposisi unsur dari WSS dan WSIS ditemukan sangat mirip menunjukkan bahwa keduanya sebenarnya adalah produk yang sama dimana difraksinasi dengan metode pemisahan sesuai dengan kelarutan dalam aseton. Komposisi gas, WSS, dan WSIS digunakan sebagai dasar untuk estimasi dari
entalpi reaksi secara keseluruhan, dengan perhitungan ΔHr = 1,5 ± 0,5 MJ/kg.
Ditemukan bahwa konsentrasi glukosa yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak WSIS dan WSS kurang, sedangkan hasil gas dan air tidak berubah. Semua temuan itu dimasukkan ke dalam satu jalur reaksi rekayasa dan model kinetik dekomposisi hidrotermal glukosa (Knezevic 2009).
Sifat Listrik
Arus listrik pada kawat didefinisikan sebagai jumlah total muatan yang melewatinya per satuan waktu pada suatu titik. Dengan demikian, arus rata-rata I didefinisikan sebagai:
(1)
Dimana ΔQ adalah jumlah muatan yang melewati konduktor pada suatu lokasi selama jangka waktu Δt. Arus listrik diukur dalam coulomb per detik dengan nama khusus ampere yang disingkat amp atau A.
Untuk menghasilkan arus listrik pada rangkaian dibutuhkan beda potensial. Melalui eksperimen bahwa arus pada kawat logam sebanding dengan beda potensial V yang diberikan yaitu I ∞ V.
Sebagai ilustrasi dibandingkan arus listrik dengan aliran air di sungai atau pipa yang dipengaruhi oleh gravitasi. Jika pipa (atau sungai) hampir rata, kecepatan alir akan kecil. Tetapi jika satu ujung lebih tinggi dari yang lainnya, kecepatan aliran atau arus akan lebih besar. Makin besar perbedaan ketinggian,
makin besar arus. Demikian pula beda potensial listrik yang lebih besar, atau tegangan menyebabkan aliran arus listrik menjadi lebih besar.
Tepatnya besar aliran arus pada kawat tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang diberikan kawat terhadap aliran elektron. Dinding-dinding pipa, atau tepian sungai dan batu-batu ditengahnya memberikan hambatan terhadap aliran arus. Dengan cara yang sama, elektron-elektron diperlambat karena adanya interaksi dengan atom-atom kawat. Makin tinggi hambatan ini, makin kecil arus untuk suatu tegangan V sehingga arus berbanding terbalik dengan hambatan yaitu:
(2)
Dimana R adalah hambatan kawat atau suatu alat lainnya, V adalah beda potensial dan I adalah arus yang mengalir. Hubungan di atas sering dituliskan:
(3) Persamaan tersebut dikenal sebagai hukum Ohm. Hukum Ohm menyatakan bahwa arus yang melalui konduktor logam sebanding dengan tegangan yang diberikan, I∞V. Sehingga R konstan, tidak bergantung V untuk konduktor logam. Tetapi hubungan ini tidak berlaku umum untuk bahan dan alat lain seperti dioda,
tabung hampa udara, transistor dan sebagainya. Dengan demikian “hukum Ohm”
bukan merupakan hukum dasar, tetapi lebih berupa deskripsi mengenai kelas bahan (konduktor logam) tertentu. Bahan atau alat yang tidak mengikuti hukum Ohm dikatakan nonohmik. Hambatan didefinisikan oleh:
(4)
Dimana R adalah hambatan dengan satuan Ohm dan disingkat Ω (Giancoli 2001).
Konduktivitas listrik (σ) bahan superionik adalah kontribusi jumlah
muatan ion pada bahan dan ditulis :
(5)
dimana ni adalah konsentrasi pembawa muatan dengan muatan Zi dan mobilitas µi. Konduktivitas ionik sebagai fungsi suhu dapat didekati dengan model Arrhenius yaitu :
dimana σο, k, T, Ea adalah konstanta eksponen, konstanta Boltzman, suhu
(Kelvin) dan energi aktivasi. Konduktivitas ionik suatu bahan ditentukan oleh struktur kristalnya, misalnya bahan dengan konduktivitas tinggi mempunyai tipe struktur dengan tumpukan atom tidak padat, sehingga mempunyai jaringan untuk dilewati ion yang bergerak.
Persamaan konduktivitas :
(7)
menghubungkan antara kerapatan arus (J) dan medan listrik (ε) dimana σ adalah
konduktivitas, kebalikan dari resistivitas (ρ). Misalnya arus I pada sebuah sampel bahan ionik dengan penampang tetap A (m2) dan panjang L (m) dan diberi tegangan V pada bahan yang diukur.
Kerapatan arus (J) adalah I/A (Ampere/m2), dan medan listrik (ε) adalah V/L (V/m) persamaan 7, direduksi menjadi:
(8) Tahanan R dari bahan diberikan sebagai R= V/I maka :
(9)
atau
(10)
Konduktansi, G = 1/R; resistivitas, ρ = 1/σ, maka persamaan 10 ditulis :
(11)
satuannya adalah Ω−1m-1 atau Siemen/m (Purwanto 2007). Kapasitor dan Bahan Dielektrik.
Kapasitor adalah piranti yang berguna untuk menyimpan muatan dan energi. Kapasitor terdiri dari dua konduktor yang berdekatan tetapi terisolasi satu sama lain dan membawa muatan yang sama besar dan berlawanan. Kapasitor memiliki banyak kegunaan. Pemberi cahaya kilat pada kamera menggunakan suatu kapasitor uantuk menyimpan energi yang diperlukan untuk memberikan cahaya kilat secara tiba-tiba. Kapasitor juga digunakan untuk memperhalus riak yang timbul ketika arus bolak-balik dikonversi menjadi arus searah pada catu
daya, sehingga dapat digunakan pada kalkulator atau radio ketika baterai tidak dapat digunakan.
Kapasitor yang biasa digunakan adalah kapasitor keping sejajar yang menggunakan dua keping konduktor sejajar. Ketika keping-keping terhubung pada piranti yang bermuatan, contohnya baterai seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11. Muatan dipindahkan dari satu konduktor ke konduktor lainnya sampai perbedaan potensial antara konduktor-konduktor, akibat muatan-muatan yang sama dan berlawanan tanda yang dimiliki konduktor-konduktor tersebut, sama dengan beda potensial antara ujung-ujung baterai. Jumlah muatan pada keping bergantung pada perbedaan potensial dan pada geometri dari kapasitor, contohnya pada luas dan jarak antarkeping pada kapasitor keping sejajar. Misalkan Q adalah besar muatan pada tiap keping dan V adalah perbedaan potensial antara keping-keping. Rasio Q/V disebut kapasitansi C:
C = Q/V (12)
Kapasitansi adalah suatu ukuran dari “kapasitas” penyimpanan muatan untuk
suatu perbedaan potensial tertentu.
Gambar 11 Suatu kapasitor terdiri dari dua keping konduktor sejajar yang terpisah. Ketika konduktor-konduktor dihubungkan pada ujung-ujung suatu baterai, baterai memindahkan muatan dari satu konduktor ke konduktor lainnya sampai perbedaan potensial antara ujung-ujung konduktor sama dengan perbedaan potensial antara ujung-ujung baterai. Jumlah muatan yang dipindahkan sebanding dengan perbedaan potensial.
Untuk menghitung kapasitansi suatu kapasitor, mula-mula berikan muatan +Q pada suatu konduktor –Q pada konduktor lainnya. Selanjutnya diintegrasikan medan dari satu konduktor ke konduktor lainnya untuk menentukan perbedaan potensial V antar konduktor. Oleh karena perbedaan potensial sebanding dengan muatan Q, kapasitansi C = Q/V tidak bergantung pada Q muatan V.
Gambar 12 (a) Garis-garis medan listrik antara keping-keping suatu kapasitor keping sejajar yang terpisah pada jarak yang sama menunjukkan bahwa medan listrik bersifat seragam. (b) garis-garis medan listrik antara keping-keping suatu kapasitor keping sejajar ditunjukkan oleh semburan minyak.
Misalkan suatu kapasitor keping sejajar terdiri dari dua keping yang sama luasnya A dan terpisah dengan jarak s. Harga s lebih kecil dibanding panjang dan lebar keping. Diberikan muatan +Q pada satu keping dan –Q pada keping lainnya. Karena keping-keping ini berdekatan, medan listrik pada suatu titik diantara