Nama :TIO SARI ELISABET PANGARIBUAN

NPM :1406643236

NO. Absen :35/P

BAHAN DIELEKTRIK DAN KEGUNAANNYADielektrik didefinisikan sebagai sebuah bahan atau materi dimana semua muatannya terikat pada atom atau molekul dan hanya mengalami pergeseran dalam skala mikroskopik, sehingga bergerak sedikit dalam molekul. Didalam dielektrik muatan tidak dapat bergerak. Adanya bahan didalam medan listrik akan mempengaruhi medan tersebut, dan sebaliknya medan juga akan mempengaruhi susunan muatan didalam bahan. Muatan-muatan yang berada didalam konduktor yang diletakkan di dalam medan listrik akan menyusun diri sedemikian rupa sehingga timbul medan yang meniadakan medan luar. Itu sebabnya medan listrik didalam konduktor selalu sama dengan nol. Untuk dielektrik situasinya lebih rumit. Karena muatan tidak dapat berpindah, peniadaan total medan listrik didalam bahan tidak terjadi, yang terjadi hanya sekedar pelemahan medan saja. Dan bahan dielektrik yaitu bahan yang apabila diberikan medan potensial (tegangan) dapat mempertahankan perbedaan potensial yang timbul diantara permukaan yang diberikan potensial tersebut.

Perilaku bahan Dielektrik dalam Medan ListrikJika sebuah bahan dielektrik diletakkan di dalam pemgaruh medan listrik luar akan timbul polarisasi dalam bahan tersebut. Gueguen dan Palciuauskas menyatakan bahwa saat medan listrik diberikan pada suatu material, timbul penambahan arus dari muatan bebas, sehingga terjadi redistribusi local dari muatan sehingga membentuk posisi kesetimbangan yang baru. Fenomena redistribusi muatan ini disebut polarisasi. Polarisasi ini menimbulkan medan polarisasi yang akan bereaksi dengan medan listrik luar yang diberikan. Interaksi antara medan listrik awal dan medan Polarisasi yang timbul akibat medan listrik tersebut dapat diwakili oleh displacement (D). polarisasi (P) suatu material didefenisikan sebagai momen dipol listrik terinduksi per satuan volume. Secara mikroskopik efek ini dikarakteristikan melalui koefisien , permitivitas medium dan persamaan konsitutifnya.

Vektor PolarisasiWalaupun tidak ada perpindahan muatan ketika dielektrik-dielektrik dipengaruhi satu medan listrik, tetapi terjadi pergeseran sedikit pada muatan negatif dan positif dari atom-atom atau molekul dielektrik, sehingga memiliki kelakuan seperti dipole sangat kecil. Pada dielektrik tersebut dikatakan terjadi pengutuban atau dalam keadaan terkutubkan ketika dipole-dipol ditampilkan. Misalkan sebagai contoh sederhana, polarisasi pada atom dari bahan dielektrik digambarkan sebagai suatu dipole listrik. Muatan titik positif menggambarkan inti, dan muatan titik negatif menggambarkan muatan elektron dan keduanya terpisah dengan jarak yang sangat kecil. Orbit elektron pada inti bertindak seperti awan mengitari inti, ketika atom-atom tidak mengalami polarisasi, awan yang mengelilingi ini adalah simetris. Seperti pada gambar 2a, dan momen dipolnya nol karena pergeseran muatan positif dan negatif sama dengan nol. Dengan adanya pengaruh medan listrik, awan elektron menjadi sedikit bergeser atau tidak simetris seperti gambar 2b, serta ketika atom dikutubkan (terjadi polarisasi), atom dapat digambarkan ekuivalen dengan muatan titik seperti gambar 2c. +----Inti positifAwan muatan negatifa)+----Inti positifAwan muatan negatifb)Pusat efektif dan awan+Gambar 2. Polarisasi pada atom bahan dielektrikc)_L

Jika tidak ada medan listrik molekul memiliki muatan positif dan negatif jumlahnya sama sehingga molekul seperti tidak bermuatan. Dalam hal ini bisa juga dikatakan momen dipolnya sama dengan nol. Jika benda berada dalam medan listrik maka muatan negatif cenderung bergerak berlawanan dengan arah medan dan muatan positif cenderung bergerak searah dengan medan. Setelah beberapa saat terjadi keseimbangan baru di mana muatan positif dan negatif O-qqrlrGambar 3. Momen dipole

membentuk konvegerasi baru, berbeda dengan konvegerasi sebelum ada medan. Dalam hal ini terjadi muatan positif dan negatif terpisah sehingga timbul momen dipole, seperti pada gambar:

Momen dipole ini disebut momen dipole induksi dan muatan disebut terpolarisasi. Selanjutnya didefinisikan vektor polarisasi adalah momen dipole listrik persatuan volume. Dengan demikian jumlah total momen dipole dalam volume yang kecil ditandai d dan volume kecil itu ditandai dengan dv yang terletak di .Manfaat Bahan DielektrikSilikon dioksida (SiO2) merupakan bahan dielektrik yang sangat baik, bahan ini bersifat stabil secara kimia dan mempunyai karakteristik insulator listrik yang baik, sehingga SiO2 banyak digunakan dalam proses pembuatan IC. Penggunaan SiO2 dalam proses pembuatan IC diantaranya adalah sebagai lapisan isolasi pada struktur Metal Oxide Semiconductor (MOS), intermetal dielectric, passivation. Fungsi bahan dielektrik antar lain : melindungi peralatan-peralatan yang bertegangan tinggi seperti kabel tegangan tinggi, kapasitor, transformator, pemutus arus dan lain-lain. sebagai penyalur panas. Menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang diisolasinya. Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia. Tekanan yang diakibatkan oleh medan elektrik, gaya mekanik, thermal maupun kimia dapat terjadi secara serentak. Dengan kata lain, suatu bahan dielektrik dapat dikatakan ekonomis jika bahan dielektrik tersebut dapat bertahan dalam jangka waktu yang lama dengan menahan semua tekanan tersebut diatas. Pada umumnya, cairan dielektrik terdiri dari campuran hidrokarbon.Ada tiga parameter penting pada cairan dielektrik yaitu konduktivitas listrik, konstanta dielektrik, dan kekuatan dielektrik. Selebihnya yaitu parameter fisik dan kimia seperti viskositas, stabilitas panas, pengaruh gravitasi dan lain-lain. Pada prakteknya, memilih jenis cairan dieletrik paling utama yaitu berdasarkan stabilitas kimia cairan tersebut. Contoh bahan dielektrik misal: plastik, celah udara transformator, mica, gelas, porselin, kayu, karet, dll.Dari sifat-sifat bahan dielektrik yang ada, terdapat 6 sifat yang perlu diketahui, yaitu :1. Kekuatan dielektrik Semua bahan dielektrik memiliki tingkat ketahanan yang disebut dengan kekuatan dielektrik, diartikan sebagai tekanan listrik tertinggi yang dapat ditahan oleh dielektrik tersebut tanpa merubah sifatnya menjadi konduktif. Apabila suatu dielektrik berubah sifatnya menjadi konduktif, maka dielekrik tersebut telah tembus listrik (breakdown). Kekuatan dielektrik ini disebut juga dengan kuat medan kritis. Kekuatan dielektrik dinyatakan dengan gradien tegangan yang diperlukan supaya dielektrik itu mengalami tembus listrik.2. KonduktansiApabila 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. 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.3. Rugi-rugi dielektrikRugi-rugi dielektrik untuk isolasi tegangan tinggi merupakan salah satu ukuran penting terhadap kualitas material isolasi. Suatu bahan dielektrik tersusun atas molekul-molekul dan elektron-elektron di dalamnya terikat kuat dengan inti atomnya. Ketika bahan tersebut belum dikenai medan listrik, maka susunan molekul dielektrik tersebut masih belum beraturan (tidak tersusun rapi). Ketika molekul-molekul tersebut dikenai medan listrik, maka muatan inti positif mengalami gaya yang searah dengan medan listrik dan elektron-elektron dalam molekul tersebut akan mengalami gaya listrik yang arahnya berlawanan dengan arah medan listrik tadi. Gaya listrik ini akan mengubah posisi elektron dan proton dari posisi semula, akibatnya molekul-molekul dielektrik akan terpolarisasi dan berubah arahnya sejajar dengan arah medan listrik. Karena mendapat terpaan elektrik yang selalu berubah-ubah arahnya, maka arah dipol juga berubah-ubah setiap saat (180o) terhadap posisi semula. Perubahan arah molekul akan menimbulkan gesekan antar molekul. Karena medan listrik yang berubah setiap saat, maka gesekan antar molekul juga terjadi berulang-ulang. Gesekan ini akan menimbulkan panas yang disebut dengan rugi-rugi dielektrik.4. Tahanan isolasiJika suatu dielektrik diberi tegangan searah, maka arus yang mengalir pada dielektrik terdiri dari dua komponen, yaitu arus yang mengalir pada permukaan dielektrik (Is) dan arus yang mengalir melalui volume dielektrik (Iv). Sehingga hambatan dielektrik terdiri dari resistansi permukaan dan resistansi volume. 5. Peluahan sebagian (Partial discharge)Peluahan parsial (partial discharge) adalah peluahan elektrik pada medium isolasi yang terdapat di antara dua elektroda berbeda tegangan, dimana peluahan tersebut tidak sampai menghubungkan kedua elektroda secara sempurna. Ada beberapa jenis peristiwa pada peluahan parsial, yaitu :a. Peluahan parsial internalb. Peluahan parsial permukaanc. Koronad. Pemohonan elektrik (electrical treeing)6. Kekuatan kerak isolasi (tracking strenght)Bila suatu sistem isolasi diberi tekanan elektrik, maka arus akan mengalir pada permukaannya. Besar arus permukaan ini menentukan besarnya tahanan permukaan sistem isolasi. Arus ini sering juga disebut arus bocor atau arus yang menelusuri sirip isolator. Besar arus tersebut dipengaruhi oleh kondisi sekitar, yaitu suhu, tekanan, kelembaban dan polusi. Secara teknis sistem isolasi harus mampu memikul arus bocor tersebut tanpa menimbulkan pemburukan karena arus bocor dapat dibatasi. Arus bocor menimbulkan panas, dan hasil sampingannya adalah timbulnya penguraian pada bahan kimia yang membentuk permukaan sistem isolasi. Efek yang sangat nyata dari penguraian ini adalah timbulnya kerak (jejak arus). Kerak dapat membentuk jalur konduktif yang selanjutnya akan menimbulkan tekanan elektrik yang berlebihan pada isolasi. Panas yang ditimbulkan arus bocor dapat juga menimbulkan erosi tanpa didahului oleh adanya kerak konduktif. Bottom of Form