Rangkaian Kapasitor AC: Reaktansi Kapasitif, Pergeseran Fase, dan Perilaku Daya

Kapasitor vs. Resistor

Tidak seperti resistor, yang mengizinkan arus proporsional terhadap penurunan tegangan, kapasitor menolak perubahan tegangan. Mereka menyerap atau menyediakan arus saat mencair atau mengisi daya ke level tegangan baru.

Arus yang mengalir “melalui” kapasitor sebanding langsung dengan laju perubahan tegangan di seluruhnya—efek yang dikenal sebagai reaktansi. Perilaku ini berlawanan dengan reaktansi induktif yang diamati pada induktor.

Karakteristik Rangkaian Kapasitor

Hubungan antara perubahan arus dan tegangan diekspresikan secara matematis sebagai:

 

 

Di sini, de/dt (atau dv/dt) menunjukkan laju perubahan tegangan instanta (volt per detik), C adalah kapasitansi dalam Farad, dan i adalah arus dalam Ampere.

Untuk mengilustrasikan konsep ini, pertimbangkan rangkaian AC sederhana saja:

 

Dalam rangkaian kapasitif murni, tegangan kapasitor tertinggal arus sebesar 90°.

 

Mencetak grafik tegangan dan arus menunjukkan selisih fase 90°:

Gelombang dalam rangkaian kapasitif murni.

 

Arus instanta adalah nol ketika tegangan mencapai puncak (tidak ada perubahan). Ini mencapai maksimumnya ketika kemiringan tegangan paling tajam, yaitu pada titik silang nol. Akibatnya, arus memimpin tegangan sebesar 90°, dan tegangan tertinggal di belakang arus.

 

Tegangan tertinggal arus sebesar 90° dalam rangkaian kapasitif murni.

 

Hubungan daya mencerminkan yang dimiliki induktor: daya instanta osilasi antara nilai positif dan negatif. Kapasitor tidak memanaskan daya; ia hanya bertukar energi dengan rangkaian.

 

Daya instanta bergantian antara positif dan negatif dalam rangkaian kapasitif murni.

 

Reaktansi Kapasitif

Kapasitor menolak perubahan tegangan, yang diterjemahkan menjadi reaktansi terhadap tegangan AC—suatu kuantitas yang diukur dalam ohm dan ditandai sebagai X_C. Karena arus proporsional terhadap laju perubahan tegangan, kapasitor mengalirkan lebih banyak arus pada frekuensi yang lebih tinggi dan lebih sedikit pada frekuensi yang lebih rendah.

Oleh karena itu, reaktansi kapasitif berbanding terbalik dengan frekuensi:

 

 

Reaktansi Kapasitor 100 µF

Frekuensi (Hz)	Reaktansi (Ω)
60	26.5258
120	13.2629
2500	0.6366

 

Tidak seperti reaktansi induktif—yang meningkat dengan frekuensi—reaktansi kapasitif menurun. Persamaan dapat ditulis sebagai X_C = 1/(2πfC) = 1/(ωC), di mana ω adalah frekuensi sudut dalam radian per detik.

Dalam rangkaian seri sederhana, arus AC sama dengan tegangan yang diberikan dibagi oleh reaktansi kapasitif, sama seperti hukum Ohm yang berlaku untuk resistor:

 

 

Karena tegangan dan arus tidak dalam fase, sudut fase reaktansi kapasitif adalah –90°. Komponen imajiner negatif ini penting untuk menganalisis jaringan AC kompleks yang menggabungkan resistansi dan reaktansi.

 

Tegangan tertinggal arus sebesar 90° dalam kapasitor.

 

Kesimpulan Utama

• Reaktansi kapasitif (X_C) menolak AC dan diukur dalam ohm.
• Ini dihitung sebagai X_C = 1/(2πfC) dan menurun seiring kenaikan frekuensi.
• Arus memimpin tegangan sebesar 90°, menghasilkan sudut fase –90° untuk komponen reaktif.
• Kapasitor menyimpan dan melepaskan energi tanpa memanaskan daya.

Pembelajaran Lebih Lanjut

• Lembar Kerja Kapasitor