Konstanta Dielektrik Bahan

Admin akan menyempurnakan dan memindahkan artikel pada blog ini  secara bertahap ke : 

http://materimentor.blogspot.co.id/

     2.1 Dielektrik

Dielektrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang sangat kecil atau bahkan hampir tidak ada. Bahan dielektrik dapat berwujud padat, cair dan gas.Tidak seperti konduktor, pada bahan dielektrik tidak terdapat elektron-elektron konduksi yang bebas bergerak di seluruh bahan oleh pengaruh medan listrik. Medan listrik tidak akan menghasilkan pergerakan muatan dalam bahan dielektrik. Sifat inilah yang menyebabkan bahan dielektrik itu merupakan isolator yang baik. Dalam bahan dielektrik, semua elektron-elektron terikat dengan kuat pada intinya sehingga terbentuk suatu struktur regangan (lattices) benda padat, atau dalam hal cairan atau gas, bagian-bagian positif dan negatifnya terikat bersama-sama sehingga tiap aliran massa tidak merupakan perpindahan dari muatan. Karena itu, jika suatu dielektrik diberi muatan listrik, muatan ini akan tinggal terlokalisir di daerah di mana muatan tadi ditempatkan. [1] Dielektrik merupakan suatu isolator. Isolator merupakan suatu bahan yang sulit menghantarkan arus listrik. Dilektrik tidak memiliki pembawa muatan bebas, namun dielektrik memiliki inti yang positif dan elektron yang bermuatan negatif. Karena muatan-muatannya telah berpasang-pasangan maka sulit bagi bahan dielektrik untuk berinteraksi atau bertumbukan dengan muatan-muatan lain diluar dielektrik. [2]

      2.2 Polarisasi

Bahan dielektrik bukan penghantar listrik. Tetapi karena tidak inert terhadap medan listrik. Elektron dan proton akan bergeser tempat akibat medan listrik tersebut. Sebagai contoh, tempat kedudukan (rata-rata) dari elektron akan bergeser mendekati elektroda positif, sedang inti atom sendiri, yang mengandung proton, akan bergeser mendekati elektroda negatif. Peristiwa ini disebut sebagai polarisasi. Bila ada medan arus bolak balik, muatan tadi akan bergeser bolak balik mengikuti frekuensi medan listrik. [3] Polarisasi dapat digolongkan kedalam :

2.2.1 Polarisasi elektronik

Polarisasi Elektronik. Polarisasi elektronik terjadi pada semua jenis dielektrik. Polarisasi ini terjadi karena pergeserana elektron pada atom atau molekul karena adanya medan listrik, pusat muatan listrik positif dan negatif yang semula berimpit menjadi terpisah sehingga terbentuk dipole. Pemisahan titik pusat muatan ini berlangsung sampai terjadi keseimbangan dengan medan listrik yang menyebabkannya. Dipole yang terbentuk merupakan dipole tidak permanen; artinya dipole terbentuk selama ada pengaruh medan listrik saja. Jika medan listrik hilang maka titik-titik pusat muatan kembali berimpit lagi. Apabila medan yang diberikan adalh medan searah, dipole terbentuk hampir seketika dengan hadirnya medan listrik. Oleh karena itu polarisasi elektronik bisa terjadi pada medan listrik bolak balik berfrekuensi tinggi. [2]

 

Polarisasi elektronik. [3]

2.2.2 Polarisasi Ionik.

Polarisasi jenis ini hanya teramati pada material dengan ikatan ion. Polarisasi terjadi karena pergeseran ion-ion yang berlawanan tanda karena pengaruh medan listrik. Gambar dibawah menggambarkan peristiwa ini. Sebagaimana halnya dengan polarisasi elektronik, dipole yang terbentuk dalam polarisasi ionik juga merupakan dipole tidak permanen. Namun polarisasi ionik terjadi lebih lambat dari polarisasi elektronik. Apabila di berikan medan searah, diperlukan waktu lebih lama untuk mencapai keadaan seimbang, demikian pula jika medan dihilangkan posisi ion akan kembali pada posisi semula dalam waktu lebih lama dari polarisasi elektronik. [2]

Polarisasi ionik merupakan pergeseran ion negatif dan positif ke elektroda positif dan negatif. Sama dengan polarisasi elektronik, polarisasi ionik ditimbulkan oleh medan listrik luar. [3]

Karena ion lebih berat jika dibandingkan dengan elektron, ion tak mungkin berpolarisasi dengan cepat. Polimerisasi ion terbatas hingga frekuensi maksimum sebesar 10¹³ Hz. Ini berada dibawah frekuensi sinar biasa. Oleh karena itu, berkas sinar tidak mungkin menghasilkan polarisasi ionik dan hanya akan menghasilkan polarisasi elektronik. [3]

 

2.2.3 PolarisasiMuatanRuang.

Polarisasi ini terjadi karena pemisahan muatan-muatan ruang, yang merupakan muatan-muatan bebas dalam ruang dielektrik. Dengan proses ini terjadi pengumpulan muatan sejenis di dua sisi dielektrik. Polarisasi ini berlangsung lebih lambat lagi dan pada waktu medan listrik dihilangkan muatan ruang dapat menempati posisi yang baru, tidak seluruhnya kembali pada posisi awal. [2] Muatan ruangan atau polarisasi antar permukaan terjadi bila ada penghantaran muatan lokal dalam dielektrik. Sebagai contoh Al2O3, bahan bukan penghantar, mengandung partikel aluminium yang sangat kecil, elektron konduksi dapat bergeser kearah elektroda positif dalam medan bolak-balik. Akan tetapi, mereka tetap terikat didalam partikel metal. Contoh ini hanya untuk penjelasan belaka, dan jarang dijumpai dalam barang rekayasa.[3]

2.2.4 Polarisasi Orientasi.

Polarisasi ini terjadi pada material yang memiliki molekul asimetris yang membentuk momen dipole permanen. Dipole-dipole permanen ini akan cenderung mengarahkan diri sejajar dengan medan listrik, namun tidak semua dipole akan sejajar dengan arah medan. Kebanyakan dipole permanen ini membentuk sudut dengan arah medan. Lihat Gb.10.5. Waktu yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan juga cukup lama. [2]

Penerapan bahan dielektrik ini berdasarkan hukum Gauss. Di mana Gauss menyatakan bahwa jumlah garis gaya atau fluks listrik yang keluar dari suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu. Secara matematis, pernyataan tersebut dituliskan sebagai :

dengan S adalah suatu permukaan tertutup dan adalah jumlah muatan yang ada di dalam atau dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut. Hukum Gauss terutama digunakan untuk menghitung medan listrik oleh benda bermuatan yang berbentuk khusus, misalnya berbentuk pelat. [3]

    2.3 Konduktansi

Apabila tegangan searah diberikan pada plat-plat sebuah kapasitor komersil dengan isolasi seperti mika, porselin atau kertas maka arus yang timbul tidak berhenti mengalir untuk waktu yang singkat, tetapi turun perlahan-lahan. Hal itu disebabkan oleh ketiga komponen arus yang terdapat di dalam dielektrik tersebut seperti diperlihatkan pada gambar 2.4. di bawah ini. [1] konduktansi (conductance) yaitu kebalikan dari tahanan. Harga konduktansi ditentukan oleh banyaknya muatan yang dapat dihantarkan oleh suatu material. [4]

Arus pengisian (ip) terjadi selama waktu t1. Arus pengisian disebabkan oleh molekul-molekul yang bergerak cepat sehingga terpolarisasi dengan cepat pula. Kemudian arus berkurang perlahan-lahan selama t2, arus ini disebut arus absorpsi (ia). Arus absorpsi terjadi karena adanya gerakan-gerakan lambat (viscous) dari molekul-molekul dielektrik. Akhirnya arus mencapai nilai tertentu (ik), arus ini disebut arus konduksi. Arus ini tetap mengalir dengan konstan karena tahanan dielektirk tidak mencapai nilai tak hingga. [1]

2.4 Kapasitor

            Kapasitor atau kondensator adalah alat (komponen) yang dibuat sedemikian rupa sehingga mampu menyimpan muatan listrik yang besar untuk sementara waktu [5] Suatu kapasitor keping sejajar terdiri dari dua keeping logam yang terpasang sejajar pada jarak pisah d meter yang jauh lebih kecil dari luas keeping A m². Jika dua keeping sejajar berturut-turut diberi muatan +q dan –q, maka beda potensial antara kedua keeping tersebut adalah : [2]

 

Dengan demikian, kapasitas listrik dari kapasitor keping tersebut adalah  :

      Kapasitor dengan dielektrik

Agar kapasitansi mempunyai harga besar, sedang ukuran kapasitor cukup kecil dilakukan penyisipan dilektrik. Jika medan listrik awal antara keping-keping tanpa dilektrik E₀, medan listrikdengan adanya dielekektrik

Tampak dengan adanya dielektrik rasio  bertambah, karena dikalikan dengan .  ini yang dimakan dengan konstanta dilektrik suatu bahan. [2]

DAFTAR PUSTAKA

[1] R Kacaribu, 2011, Dielektrik, repository.usu.ac.id/bitstream/123456789 /23931/3/Chapter%20II.pdf, diakses pada 8 maret 2014 jan 7 :55.

[2] Rudi Setiabudi, 2007, Material Teknik Listrik, Depok : UI Pustaka.

[3] Mustari Lama, Bahan Magnet Dielektrik dan Optik, Jakarta : PPBA-UMB

[4] Alam Azhar, 2011, Conductivity, instrumentcontrolling.blogspot.com/2011/07/konductivity.html, diakses pada 8 maret 2014 jan 8 :29.