Transcript of Material magnetik, dielektrik dan optik dwi astuti dian kurniasari & faturrahman
- 1. BAHAN MAGNETIK, DIELEKTRIK DAN OPTIK Dwi Astuti Dian
Kurniasari Faturrahman
- 2. Gejala kemagnetan merupakan cikal bakal berkembangnya
pengetahuan tentang kelistrikan. Ditemukan sejak 2000 tahun yang
lalu di Yunani pada sejenis batuan yang dinamakan magnetit
dikotamagnesia. Awal abad ke 12, magnet mulai digunakan sebagai
kompas karena sifatnya yang selalu menunjuk arah utara dan selatan
bumi. Sifat kutub magnet mulai diselidiki ilmuwan,diantaranya:
Historis Magnet
- 3. Pierre de Maricourt (1269) menemukan garis medan magnet pada
magnet berbentuk bola. William Gilbert (1600) menemukan sifat
kemagnetan bumi. John Michell (1750) menemukan hubungan gaya magnet
dengan jarak antar magnet. HC. Oersted, Marie Ampere, Biot dan
Savart (awal abad 19) menemukan hubungan listrik dan magnetisme. M.
Faraday dan J. Henry (1830) menemukan hubungan medan magnet dengan
medan listrik. J. C. Maxwell (1860) menyusun teori dan konsep
elektromagnetik.
- 4. Magnet terbaik umumnya mengandung besi metalik. Namun,
ternyata unsur lainpun menampilkan sifat magnetik. Dalam teknologi
modern kini digunakan magnet logam dan keramik. Selain itu
dimanfaatkan pula unsur lain untuk meningkatkan kemampuan magnet
sehingga memenuhi persyaratan. Bahan magnet
- 5. Tiap electron atom akan memiliki momen magnetic pm, yang
disebut spin electron oleh ahli fisika. Momen magnetic disebut
magneton Bohr, dan sama dengan 9,27x1027 A.m2. Elektron biasanya
berpasangan dalam orbit dan membentuk spin atas dan bawah. Jadi,
efek luar dari momen tersebut tidak ada. Atom akan bersifat magnet
bila ada ketidak seimbangan dalam spin elektron. Akhirnya,
diketahui bahwa hanya beberapa electron memiliki spin electron yang
tidak seimbang, dan dengan demikian memiliki momen magnetik. Gejala
Kemagnetan Pada Atom
- 6. Momen dipol magnet atom 6
- 7. 1. Magnet alam (dahulu disebut batu magnet) Magnet alam
adalah mineral, Fe3O4 dalam fasa keramik alamiah dengan ion O2
dalam kisi kps. Ion besi berada dalam lokasi intertisial rangkap 4
dan rangkap 6. Secara lebih terinci dapat dilihat ion Fe2+ berada
pada lokasi rangkap 6,sedangkan ion Fe3+ terbagi rata pada rangkap
6 dan rangkap 4. Struktur ini termasuk jenis struktur NiFe2O4 yang
disebut spinnel. Sel satuan ini bersifat magnetic karena momen
magnet ion pada lokasi rangkap 6 sama arahnya dan yang berada pada
lokasi rangkap 4 Komposisi Bahan Magnetik
- 8. 2. Magnet logam, Besi merupakan bahan magnet logam yang
sering dijumpai. Bahan logam lain yang memiliki permeabulitas
maksimum yang sangat tinggi, adalah permalloy, dan medanoersif (Hc)
yang tinggi adalah Alnico V. 3. Magnet Keramik. Magnet keramik
seperti, ferit terdiri dari senyawa ionik. Jadi besi berbentuk Fe2+
atau Fe3+. Ion feros kehilangan dua elektron, yaitu dua electron 4s
dan satu electron 3d, jadi tersisa lima electron yang tidak
berpasangan. Contoh :BeFe12+O19
- 9. Diamagnetik Paramagnetik Feromagnetik Antiferomagnetik
Ferimagnetik Jenis-jenis material magnetik
- 10. Setiap atom memiliki momen magnetik permanen o sebesar nol
Medan magnet eksternal tidak akan menyebabkan timbulnya torsi pada
atom-atom Medan magnet eksternal juga tidak akan merubah arah medan
dari dipol-dipol magnet. Contoh: Hidrogen, helium, bismuth
Diamagnetik
- 11. Setiap atom memiliki momen magnetik permanen o yang kecil
tetapi bukan nol Medan magnet eksternal akan menyebabkan timbulnya
torsi pada atom-atom. Medan magnet eksternal akan merubah sedikit
arah medan dari dipol-dipol magnet. Contoh: potassium, oksigen,
tungsten. Minyak jelantah Paramagnetik
- 12. Setiap atom memiliki momen magnetik permanen o yang besar
kuat Medan magnet eksternal akan menyebabkan timbulnya torsi yang
kuat pada atom-atom. Medan magnet eksternal akan merubah arah medan
dari dipol-dipol magnet dengan mudah. Contoh: Besi, Nikel, Cobalt
Feromagnetik
- 13. Bahan anti ferromagnetik mempunyai suscepbilitas positif
yang kecil pada segala suhu, tetapi perubahan suscepbilitas karena
suhu adalah keadaan yang sangat khusus. Susunan dwikutubnya adalah
sejajar tetapi berlawanan arah. Contohnya hematite Anti
ferromagnetik
- 14. Bahan ferrimagnetik memiliki resisitivitas yang jauh lebih
tinggi dibanding bahan ferromagnet, Karena itu ferrimagnet (ferrit)
layak digunakan pada peralatan yang menggunakan frekuensi tinggi
disamping arus-eddy yang terjadi padanya kecil. contohnya ferrit ,
seng , dan nikel Ferrimagnetik
- 15. Antiferomagnetik: senyawa oksida, sulfida, klorida
Ferimagnetik: besi oksida, nikel-seng ferit, nikel ferit
Superparamagnetik: kaset audio, kaset vidio Contoh bahan
- 16. Bahan dielektrik yaitu bahan yang apabila diberikan medan
potensial (tegangan) dapat mempertahankan perbedaan potensial yang
timbul diantara permukaan yang diberikan potensial tersebut. Bahan
dielektrik memisahkan dua konduktor listrik tanpa ada aliran
listrik diantaranya. Fungsi dari bahan listrik dielektrik
diantaranya: Menyimpan energi listrik (dalam bentuk muatan)
misalnya pada kapasitor. Memisahkan bagian bertegangan dengan
bagian yang tidak bertegangan (isolator). Misal: plastik, celah
udara transformator, mika, gelas, porselin, karet, dll. Bahan
dielektrik
- 17. Sifat dielektrik muncul pada isolator listrik yang tidak
dapat melakukan muatan listrik akan tetapi ia peka terhadap suatu
medan listrik. Hal ini dapat dibuktikan dengan memisahkan dua pelat
elektroda sejarak d dan memberikan tegangan E diantara kedua pelat
tersebut Sifat Dielektrik
- 18. Dari gambar diatas, Medan Listrik dapat dirumuskan:
- 19. Bila diantara kedua plat tersebut terdapat ruangan kosong
maka rapat muatan Do pada tiap pelat sebanding dengan medan listrik
. Untuk setiap volt/m medan terdapat muatan sebesar 8,85 x 10-12
Coulomb permeter persegi pelat elektroda. Sehingga: Do = (8,85 x
10-12 C/V . m ) .
- 20. Kekuatan dielektrik adalah gradien tegangan yang
menghasilkan tegangan tembus listrik melalui isolator. umumnya
konstanta dielektrik nilainya lebih tinggi sedikit pada bahan
kramik, karena ion dan bukan dwikutub molekuler yang dipengaruhi
oleh medan listrik. konstanta dielektrik seperti juga isolator dan
polimer peka terhadap frekuensi. akan tetapi, dalam daerah suhu
biasanya hanya ada sidikit variasi pada isolator kramik Kekuatan
Dielektrik
- 21. Ada dua syarat yang harus dipenuhi untuk tembus listrik,
yaitu : 1. Terpaan elektrik yang dipikul dielektrik harus lebih
besar atau sama dengan kekuatan dielektriknya. 2. Lama terpaan
elektrik berlangsung lebih besar atau sama dengan waktu tunda
tembus dari dielektrik. 3. Waktu tunda tembus (time lag) adalah
waktu yang dibutuhkan sejak mulai terjadinya ionisasi sampai
terjadinya tembus listrik
- 22. Sifat Dielektrik Pada Bah
- 23. Keramik Komposisi keramik MgO Al2O3 SiO2. Bahan ini adalah
isolator yang baik karena elektron valensi dari atom logam pindah
secara tetap ke atom oksigen, membentuk ion O2-. Ion Al3+ dari
Al2O3 kehilangan semua elektron valensi yang membawa muatan dalam
aluminium logam. Elektron-elektron tersebut sekarang diikat oleh
ion oksigen. Dalam bahan ionisasi lainnya, elektron Mg2+ diikat
oleh O2- dalam MgO, dan silikon dan oksigen mempunyai elektronnya
dalam struktur tetrahedral SiO4. Meskipun demikian, bahan isolator
keramik dapat juga rusak dibawah pengaruh tegangan tinggi. Biasanya
kerusakan merupakan gejala permukaan. Sebagai contoh, busi
kendaraan bermotor dapat tidak berfungsi oleh karena terdapat uap
lembab pada permukaan isolator
- 24. Kaca pada umumnya terdiri dari campuran silikat (SiO2 )dan
beberapa senyawa antara lain, borat, pospat. Kaca dibuat dengan
cara melelehkan beberapa senyawa silikat (pasir), alkali (Na dan K)
dengan bahan lain (kapur, oksida timah hitam). Karena itu sifat
dari kaca tergantung dari komposisi bahan-bahan pembentuknya
tersebut. Massa jenis kaca berkisar antara 2 dan 8,1 g/cm3,
kekuatan tekanannya 6000 hingga 21000 kg/cm2, kekuatan tariknya 100
hingga 300 kg/cm2. Karena kekuatan tariknya relatif kecil, maka
kaca adalah termasuk bahan yang regas. Kaca
- 25. Sifat kelistrikan kaca pada suhu normal adalah sebagai
berikut : a. resistivitas berkisar antara 108 hingga 1017 Ohmcm, b.
permitivitas relatif berkisar antara 3,8 hingga 16,2 c. kerugian
sudut dielektriknya 0,00003 hingga 0,01, d. tegangan break-down 25
hingga 50 KV/mm. Kaca silika mempunyai sifat kelistrikan paling
baik, pada suhu kamar besarnya resistivitas adalah 107 Ohm-cm,
permitivitas relatif 3,8 dan dan kerugian sudut dielektriknya 1 MHz
adalah 0,0003. Sifat Kelistrikan Kaca
- 26. Kapasito
- 27. Kapasitor atau disebut juga kondensator adalah
alat/perangkat untuk menyimpan muatan listrik untuk sementara
waktu. Sebuah kapasitor/kondensator sederhana tersusun dari dua
buah lempeng logam paralel yang disekat satu sama lain oleh bahan
isolator yang disebut dielektrikum. Saat kapasitor diberi tegangan,
kapsitor akan menjadi bermuatan. Satu pelat menjadi bermuatan
positif dan pelat yang lainnya bermuatan negatif. Jumlah
masing-masing muatan pada kedua pelat tersebut sama.
- 28. Jumlah muatanQ yang terdapat pada muatan sebanding dengan
beda potensial V sesuai dengan persamaan : Q= CV C menunjukkan
kapasitansi kapasitor. Kapasitansi kapasitor adalah kemampuan
kapasitor untuk menyimpan energi listrik. Jenis kondensator diberi
nama sesuai dengan dielektrikumnya, yaitu : kertas, mika, film,
keramik dan sebagainya.
- 29. Kapasitor ini digunakan untuk tuning pesawat radio atau
mencari gelombang radio. Kapasitor ini menggunakan udara sebagai
bahan dielektriknya. Kapasitor jenis ini menggunakan pelat yang
tidak dapat digerakkan (stator) dan pelat yang dapat digunakan
(rotor). Varco biasanya terbuat dari bahan aluminium. Dengan
memutar tombol, luas pelat yang berhadapan dapat diataur sehingga
kapasitas kapasitor dapat diubah. Dengan mengubah kapasitas
kapasitor, frekuensi sirkuit yang dicari dapat distel. Berikut
ditunjukkan suatu varco. a. Kapasitor variabel (Varco)
- 30. Kapasitor keramik mempunyai dielektrik yang terbuat dari
keramik. Kapasitor ini memiliki elektroda logam dan dielektritnya
terdiri atas campuran titanium oksida dan oksida lain. Kekuatan
dielektriknya baik sekali sehingga mempunyai kapasitas yang besar.
Meskipun demikian, ukuran kapasitor keramik relatif kecil.
Kapasitor keramik digunakan untuk meredam bunga api, seperti pada
bunga api yang timbul pada platina kendaraan bermotor. b. Kapasitor
keramik
- 31. Kapasitor ini mempunyai dielektrik yang terbuat dari
kertas. Kapasitor kertas mempunyai lapisan-lapisan kertas setebal
0,05-0,02 mm di antara dua lembaran kertas aluminium. Kertas
tersebut diresapi dengan minyak untuk memperbesar kapasitas dan
kekuatan dielektriknya. c. Kapasitor kertas
- 32. Kapasitor plastik mempunyai selaput plastik sebagai
dielektriknya. Kapasitor ini mempunyai elektroda logam dan lapisan
dielektrik yang terbuat dari bahan polisterina, milar atau teflon
dengan tebal 0,0064 mm. Kapasitor plastik digunakan untuk koreksi
faktor daya dalam sisitem daya listrik pada fisi nuklir,
pembentukan logam hidrolik, d. Kapasitor plastik
- 33. e. Kapasitor elektrolit (Elco) Kapasitor elektrolit
mempunyai dielektrik berupa oksida aluminium. Elektroda positif
terbuat dari bahan logam, seperti aluminium dan tantalum, sedangkan
elektroda negatif terbuat dari bahan elektrolit. Bahan dielektrik
digunakan untuk melapisi elektroda negatif. Tebal lapisan oksida
sekitar 0,0001 mm. Kapasitor ini hanya digunakan pada tegangan DC
pada rangkaian radio, televisi, telefon, telegraf, peluru kendali,
dan perlengkapan komputer. Fungsi elco adalah sebagai perata denyut
arus listrik.
- 34. Kapasitas Kapasitor Kapasitas kapasitor yaitu kemampuan
kapasitor untuk menyimpan energi listrik. Dinyatakan dalam
persamaan :
- 35. Untuk kapasitor/kondensator plat sejajar, kapasitasnya
tergantung pada luas dan jarak antara plat serta jenis /macam zat
yang berada diantara dua plat tersebut. Dinyatakan dalam persamaan
:
- 36. KONSTANTA DIELEKTRIK RELATIF BEBERAPA JENIS BAHAN 4 5
- 37. Optik
- 38. Optik adalah cabang fisika yang menggambarkan kelakuan dan
sifat cahaya dan interaksi cahaya dengan materi. Bidang optik
biasanya menggambarkan sifat cahaya tampak, inframerah dan
ultraviolet, tetapi karena cahaya adalah gelombang elektromagnetik,
maka gejala yang sama juga terjadi di sinar-X, gelombang
mikro,
- 39. BENDA a. Benda yang bisa memancarkan cahaya sendiri (benda
terang) contoh matahari, bintang b. Benda yang tidak memancarkan
cahaya sendiri (benda gelap) Berdasarkan kemampuan suatu benda
untuk dilewati cahaya 1. Benda tidak tembus cahaya 2. Benda bening
3. Benda tembus cahaya
- 40. Benda tidak tembus cahaya atau Opaque, adalah benda-benda
gelap yang menghalangi cahaya untuk melewatinya. Opaque memantulkan
semua cahaya yang mengenainya. Benda semacam ini contohnya adalah
buku, kayu, besi, tembok, air keruh. dan sebagian besar bagian
tubuh memantulkan atau menyerap energi cahaya
- 41. Benda Transluent Benda transluent adalah benda-benda yang
dapat meneruskan sebagian cahaya yang datang dan menyebarkan
sebagian cahaya yang lainnya. Contohnya kain gorden tipis, dan
beberapa jenis plastik.
- 42. Benda Bening, yakni benda-benda yang dapat ditembus cahaya.
Benda bening juga sering disebut benda transparant. Benda
transparant meneruskan semua cahaya yang mengenainya. Contohnya
kaca yang bening dan air jernih
- 43. PERSYARATAN BAHAN OPTIK 1. Bahan memiliki kemampuan
transmisi tanpa distorsi, artinya bahan dapat dipenuhi apabila
permukaan datar dan sejajar serta tanpa cacat dalam 2. Bahan harus
dapat menyaring (filter) radiasi inframerah atau ultraviolet 3.
Untuk lensa optik harus dapat membiaskan cahaya SIFAT BAHAN OPTIK
1. Bahan-bahan yang sifatnya membelokkan cahaya memiliki indeks
bias yang berbeda, 2. Indeks bias dipengaruhi oleh kerapatan suatu
bahan
- 44. SIFAT CAHAYA Cahaya merambat lurus Cahaya dipantulkan
Cahaya dibelokkan (pembiasan cahaya) Cahaya diuraikan (dispersi
cahaya)
- 45. PEMANTULAN CAHAYA A. Hukum pemantulan cahaya sinar datang
(i), garis normal dan sinar pantul (r) terletak pada satu bidang
datar sudut datang sama dengan sudut pantul (i = r)
- 46. SIFAT BAHAN OPTIK Ketika seberkas cahaya mengenai permukaan
suatu benda, maka cahaya tersebut ada yang dipantulkan dan ada yang
diteruskan. Jika benda tersebut transparan seperti kaca atau air,
maka sebagian cahaya yang diteruskan terlihat dibelokkan, dikenal
dengan pembiasan. Perambatan cahaya dalam ruang hampa udara
memiliki kelajuan c. Ketika cahaya merambat di dalam suatu bahan,
kelajuannya akan turun sebesar suatu faktor yang ditentukan oleh
karakteristik bahan yang dinamakan indeks bias (n). Indeks bias
merupakan perbandingan (rasio) antara kelajuan cahaya di ruang
hampa terhadap kelajuan cahaya di dalam bahan seperti dinyatakan :
(299,792,458 meter/deti
- 47. No Medium Indeks 1 Vakum 1 2 Udara 1 3 Air (20C) 1,33 4
Kuarsa 1,46 5 Kerona 1,52 6 Flinta 1,58 7 Kaca plexi 1,51 8 Intan
2,42 Indeks bias dari beberapa medium
- 48. A. Hukum Pembiasan Cahaya 1. sinar datang, garis normal dan
sinar bias terletak pada satu bidang datar. 2. perbandingan sinus
sudut datang (i) dan
- 49. Pada pembiasan cahaya berlaku: n1 sin i = n2 sin r n1 V1 =
n2 V2 n1 . 1 = n2 . 2 f1 = f2 Keterangan: n1 , n2 = indek bias
medium 1 dan 2 v1 , v2 = cepat rambat cahaya dalam medium 1 dan 2
f1 , f2 = frekuensi cahaya dalam medium 1 dan 2 i = sudut datang r
= sudut bias
- 50. BAHAN DISPERSI Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya
polikromatik (putih) menjadi cahaya-cahaya monokromatik (me, ji,
ku, hi, bi, ni, u) pada prisma lewat pembiasan atau pembelokan. Hal
ini membuktikan bahwa cahaya putih terdiri dari harmonisasi
berbagai cahaya warna dengan berbeda- beda panjang gelombang
- 51. 1. Bahan berikut ini yang merupakan bahan feromagnetik
adalah .... A. Cobalt B. Keramik C. Helium D. Aluminium Soal
Jawaban : A
- 52. 2. Bahan logam yang memiliki permeabulitas maksimum yang
sangat tinggi ... A. Permalloy B. Alnico C. Nikel D. Cobalt Jawaban
: A
- 53. 3. Bahan-bahan magnitik... 1. Cobalt 2. oksigen 3. Helium
4. Aluminium 5. Hidrogen Diantara bahan-bahan diatas manakah bahan
diamagnetik. a. 3 dan 2 b. 3 dan 5 c. 3 dan 4 d. 1dan 5 Jawaban :
B
- 54. 4. Disebut apakah suatu bahan yang apabila diberikan medan
potensial (tegangan) dapat mempertahankan perbedaan potensial yang
timbul diantara permukaan yang diberikan potensial tersebut. A.
magnetik B. dielektrik C. polarisator D. feromagnetik Jawaban :
B
- 55. 5. Sebuah kondensator 4,7 F dihubungkan pada tegangan 100
V. Berapakah muatan konsendatornya?? a. 470.10-6 b. 470. 10-5 c.
470. 10-7 d. 470. 10-3 Jawaban : A Q= u C Q= 100 x 4,7.10-6 Q= 470.
10-6
- 56. 6. Perhatikan pernyataan berikut ini: 1. Dapat menyaring
(filter) radiasi inframerah 2. Terpaan elektrik yang dipikul
dielektrik harus lebih besar atau sama dengan kekuatan
dielektriknya. 3. Memiliki kemampuan transmisi tanpa distorsi 4.
Waktu tunda tembus (time lag) adalah waktu yang dibutuhkan sejak
mulai terjadinya ionisasi sampai terjadinya tembus listrik Dari
pernyataan diatas yang merupakan syarat yang harus dipenuhi untuk
tembus listrik ... a. 1 dan 2 b. 1 dan 3 c. 2 dan 3 d. 2 dan 4
Jawaban : D
- 57. 7. Berikut ini adalah bahan bahan dielektrik, kecuali. a.
Kaca b. Keramik c. Mika d. Silikon Jawaban : D
- 58. 8. Perhatikan pernyataan dibawah ini: 1. Bahan memiliki
kemampuan transmisi tanpa distorsi 2. Bahan dapat dipenuhi apabila
permukaan datar dan sejajar serta tanpa cacat dalam 3. Bahan yang
sifatnya membelokkan cahaya memiliki indeks bias yang berbeda 4.
Bahan harus dapat menyaring (filter) radiasi inframerah atau
ultraviolet Pernyataan diatas merupakan persyaratan bahan optik,
kecuali ... a. 1 b. 2 c. 3 d. 4 Jawaban : C
- 59. 9. Yang merupakan benda transulent adalah ... a.Buku dan
plastik b.Kaca bening dan besi c. Gorden tipis dan plastik d.Kaca
bening dan air jernih Jawaban : C
- 60. 10. Ali sedang melakukan eksperimen untuk menentukan
kecepatan cahaya di dalam etil alkohol. Ia melepaskan seberkas
cahaya pada permukaan cairan etil alkohol. Jika indeks bias mutlak
etil alkohol (n = 1,36) dan kecepatan cahaya di udara 3 x 108 m/s,
maka cepat rambat cahaya di dalam etil alkohol adalah? a. 2,2 x 108
m/s b. 2,2 X 10-8 m/s c. 4,08 X 108 m/s d. 4,08 X 10-8 m/sJawaban :
A
- 61. Diketahui: n = 1,36 c = 3 x 108 m/s Ditanyakan: v = ?
Jawab: n = c/v v = c/n v = 3 x 108/1,36 v = 2,2 x 108 m/s Jadi,
cepat rambat cahaya di dalam etil alkohol adalah sebesar 2,2 x 108
m/s