Sifat Elektrikal

Disusun oleh:Agam Surya R.

PROGAM TEKNIK INDUSTRI ( A )UNIVERSITAS ISLAM SULTAN AGUNG

S E M A R A N G

1. Penjelasan kemungkinan empat struktur pita elektron untuk bahan padat.2. Penjelasan secara singkat peristiwa eksitasi elektron yang menghasilkan elektron bebas / lubang di : (a) logam, (b) semikonduktor (intrinsik dan ekstrinsik) c) isolator.3. Menghitung konduktivitas listrik logam, semikonduktor (intrinsik dan ekstrinsik), dan isolator yang memberikan kepadatan pembawa muatan tersebut(s) dan mobilitas (s).4. Distinguish (perbedaan / keistimeaan), antara intrinsik dan ekstrinsik bahan

semikonduktor .5. (a) Pada plot logaritma dari pembawa (lubang elektron,) konsentrasi terhadap suhu

mutlak, menggambar kurva skema , baik intrinsik dan ekstrinsik untuk bahan semikonduktor.

(b) Pada kurva catatan freeze-out ekstrinsik,ekstrinsik, intrinsik dan wilayah .6. Untuk p-n junction, menjelaskan penataan proses dalam hal elektron dan lubang gerakan7. Menghitung kapasitansi dari kapasitor pelat paralel .8. Tentukan konstanta dielektrik dalam hal permitivitas9. Secara singkat menjelaskan bagaimana muatan kapasitas penyimpanan sebuah kapasitor

dapat ditingkatkan dengan penyisipan dan polarisasi bahan dielektrik di antara pelat nya. 10. Nama dan menggambarkan tiga jenis polarisasi.11. Penjelasan secara singkat fenomena ferroelectricity dan piezoelektrik.

Dalam BAB ini terdapat beberapa pembhasan yaitu

Penjelasan kemungkinan emp at struktur pita elektron untuk bahan padat.STRUKTUR ENERGI PITA DI PADATAN

Dalam semua konduktor, semikonduktor, dan banyak bahan isolator, hanya ada elektronikkonduksi , dan besarnya konduktivitas listrik sangat tergantung pada jumlah elektron yang tersedia untuk berpartisipasi dalam proses konduksi. Namun, tidak semua elektron dalam setiap atom akan mempercepat proses kehadiran bidang listrik . Jumlah elektron yang tersedia untuk konduksi listrik dalam bahan tertentuberkaitan dengan pengaturan bagian elektron atau tingkat sehubungan dengan energi,dan kemudian cara di mana bagian – bagian ini ditempati oleh elektron. A menyeluruheksplorasi topik i, rumit dan melibatkan prinsip-prinsip mekanika kuantum yang berada di luar cakupan buku ini; perkembangan berikutnya , menghilangkan beberapa konsep dan menyederhanakan lainnya . Konsep berkaitan dengan elektron wilayah energi , hunian . Dengan cara review,untuk setiap atom individu terdapat tingkat energi diskrit yang dapat ditempati oleh elektron, diatur ke dalam cangkang dan subshells. Kerang yang ditunjuk oleh bilangan bulat (1, 2,3, dll), dan subshells dengan huruf (s, p, d, dan f). Untuk masing-masing s, p, d, dan f subshells, ada, masing-masing, satu, tiga, lima, dan tujuh bagian. Elektron dalam atom yang paling mengisi hanya menyatakan yang memiliki energi terendah, dua elektron berputar berlawanan per kondisi,sesuai dengan prinsip eksklusi Pauli. Konfigurasi elektron dari suatu atom terisolasi merupakan susunan elektron dalam bagian diperbolehkan.

Sebuah padat dapat dianggap sebagai terdiri dari sejumlah besar, katakanlah, N, atom awalnya dipisahkan satu sama lain, yang kemudian dibawa bersama-sama dan terikat membentuk susunan atom memerintahkan ditemukan dalam bahan kristal. pada relatif jarak pemisahan besar, setiap atom independen dari yang lain dan akan memiliki tingkat energi atom dan konfigurasi elektron seolah-olah terisolasi. Namun, seperti atom datang dalam jarak dekat satu sama lain, elektron ditindaklanjuti, atau terganggu, oleh elektron dan inti atom yang berdekatan. Pengaruh ini adalah sedemikian rupa sehingga masing-masing berbeda kondisi atom dapat dipecah menjadi serangkaian keadaan elektron berjarak dekat dalam solid, untuk membentuk apa yang disebut pita energi elektron.

Penjelasan kemungkinan empat struktur pita elektron untuk bahan padat.STRUKTUR ENERGI PITA DI PADATAN

Tingkat pemisahan tergantung pada pemisahan interatomik (Gambar 12.2) dan dimulai dengan kulit elektron terluar, karena mereka adalah yang pertama yang akan bersinggungan sebagai atom menyatu. Dalam setiap pita, keadaan energi adalah diskrit, namun perbedaan antara bagian-bagian yang berdekatan sangat kecil.

Penjelasan kemungkinan empat struktur pita elektron untuk bahan padat.STRUKTUR ENERGI PITA DI PADATAN

Gambar 12.2Plot Skemaenergi elektrondibandingkan interatomikpemisahan untukagregat dari 12atom (N = 12).setelah eratpendekatan, masing-masing1s dan 2s atombagian-bagian membagi untuk membentukenergi elektronpita yang terdiri dari 12bagian-bagian

2s Electron pita energi (12 wilayah)

1s Electron pita energi (12 wilayah

pemisahan interatomik

pemisahan interatomikkesetimbangan yg ada dlm

jarak atom

pita energi

Celah pita energipita energi

Gambar 12.3 (a) representasi konvensional dari struktur pita energi elektron untuk bahan padat pada ekuilibrium pemisahan interatomik. (b) Elektron energi dibandingkan pemisahan interatomik untuk agregat atom, yang menggambarkan bagaimana strukturpita energi pada pemisahan kesetimbangan dalam (a) yang dihasilkan. (Dari Z. D. Jastrzebski, The Nature dan Sifat Teknik Material, 3rd edition. Copyright? C 1987 oleh JohnWiley & Sons, Inc Dicetak ulang atas izin John Wiley & Sons, Inc)

Pada jarak kesetimbangan, pembentukan pita tidak mungkin terjadi untuk elektron subshells terdekat inti, seperti digambarkan pada Gambar 12.3b. Selain itu, kesenjangan dapat terjadi antara pita yang berdekatan, seperti juga ditunjukkan dalam gambar; biasanya, energi berbaring dalam celah pita ini tidak tersedia untuk ditempati elektron. konvensional cara untuk mewakili struktur pita elektron dalam padatan ditunjukkan pada Gambar 12.3A.

pita kosong

celah pita

bagian kosong

Bagian dipenuhi

pita kosong

Bagian dipenuhi

Pita konduksi kosong

celah pita

Dipenuhi pita valensi

Pita konduksi kosong

celah pita

Dipenuhi pita valensi

Gambar 12.4 Berbagai kemungkinan struktur pita elektron dalam padatan pada 0 K. (a) Elektron struktur pita ditemukan pada logam seperti tembaga, di mana ada negara elektron tersedia di atas dan berdekatan dengan bagian-bagian diisi, dalam band yang sama. (b) Struktur pita elektron logam seperti magnesium, dimana ada tumpang tindih pita luar terisi dan kosong. (c) Struktur pita elektron karakteristik isolator; pita valensi terisi dipisahkan dari pita konduksi kosong celah pita yang relatif besar (> 2 eV). (d) struktur pita elektron yang ditemukan dalam semikonduktor, yang sama seperti untuk isolator kecuali bahwa celah pita yang relatif sempit (<2 eV).

Penjelasan kemungkinan emp at struktur pita elektron untuk bahan padat.STRUKTUR ENERGI PITA DI PADATAN

peristiwa eksitasi elektron yang menghasilkan elektron bebas terdapat terjadi pada

LogamUntuk elektron untuk menjadi bebas, harus membangkitkan menjadi salah satu kosongdan keadaan energi yang tersedia di atas Ef. Untuk logam yang memiliki salah satu dari struktur pita ditunjukkan pada Gambar 12.4a dan 12.4b, ada keadaan energi kosong yang berdekatan dengan diisi kondisi di Ef. Dengan demikian, sangat sedikit energi yang diperlukan untuk mempromosikan elektron ke kondisi kosong yang letaknya rendah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.5. Secara umum, energi yang disediakan oleh medan listrik cukup untuk membangkitkan sejumlah besar elektron ke dalam menjalankan bagian-bagian ini .

Insulator dan Semikonduktor Untuk isolator dan semikonduktor, bagian-bagian kosong yang berdekatan dengan bagian atas valensi terisi pita tidak tersedia. Untuk menjadi bebas, oleh karena itu, elektron harus dinaikkan melintasi celah pita energi dan menjadi bagian yang kosong di bagian bawah konduksi pita.Hal ini dimungkinkan hanya dengan memasok ke elektron perbedaan energi antara kedua bagian, yang kira-kira sama dengan energi celah pita Eg. ini

Insulator dan Semikonduktor Untuk isolator dan semikonduktor, bagian-bagian kosong yang berdekatan dengan bagian atas valensi terisi pita tidak tersedia. Untuk menjadi bebas, oleh karena itu, elektron harus dinaikkan melintasi celah pita energi dan menjadi bagian yang kosong di bagian bawah konduksi pita. Hal ini dimungkinkan hanya dengan memasok ke elektron perbedaan energi antara kedua bagian, yang kira-kira sama dengan energi celah pita Eg. ini

elektron eksitasibagian-bagian dipenuhi

bagian-bagian kosong

Gambar 12.5 Untuk logam, tempat bagian elektron (a) sebelum dan (b) setelah elektron eksitasi.

Salah satu karakteristik listrik yang paling penting dari bahan padat adalah ewith yang mengirimkan arus listrik. Hukum Ohm berkaitan arus I -atau tingkat biaya bagian-dengan tegangan V diterapkan sebagai berikut

di mana R adalah resistansi dari bahan melalui mana arus yang lewat. Itu unit untuk V, I, dan R masing-masing adalah volt (J / C), ampere (C / s), dan ohm (V / A). Nilai R dipengaruhi oleh konfigurasi spesimen, dan untuk bahan adalah independen saat ini. Resistivitas ρ tidak tergantung benda uji geometri namun terkait dengan R melalui ekspresi

HUKUM OHM

Gambar 12.1 Skema representasi dari alat yang digunakan untuk mengukur tahanan listrik

Terkadang, konduktivitas listrik σ digunakan untuk menentukan karakter listrik dari suatu material. Ini hanyalah kebalikan dari resistivitas, atau

dan merupakan indikasi dari kemudahan yang material mampu melaksanakan listrik arus. Unit σ adalah untuk timbal balik ohm-meter [(Ohm-M) -1, atau mho / m]. Berikut ini diskusi tentang sifat listrik menggunakan kedua resistivitas dan konduktivitas, hukum Ohm dapat dinyatakan sebagai

dimana J adalah kerapatan arus, arus per unit areal benda uji I / A, dan e adalah intensitas medan listrik, atau perbedaan tegangan antara dua titik dibagi dengan jarak yang memisahkan mereka; yaitu,

Demonstrasi kesetaraan dua ekspresi hukum Ohm (Persamaan 12,1 dan 12,5) yang tersisa sebagai latihan pekerjaan rumah. Bahan padat menunjukkan kisaran yang menakjubkan konduktivitas listrik, memperluas lebih dari 27 kali lipat; mungkin ada pengalaman properti fisik lainnya ini yangluasnya bervariasi. Bahkan, salah satu cara untuk mengelompokkan bahan padat yang sesuai dengan

di mana l adalah jarak antara dua titik di mana tegangan diukur, dan A adalah luas penampang tegak lurus terhadap arah arus. unit untuk ρ adalah ohm-meter (?-m). Dari ekspresi hukum Ohm dan Persamaan 12.2

MOBILITAS ELECTRON

Ketika medan listrik diterapkan, gaya yang dibawa untuk menanggung pada elektron bebas; sebagai akibatnya, mereka semua mengalami percepatan dalam arah berlawanan dengan yang lapangan, berdasarkan muatan negatif mereka. Menurut mekanika kuantum, tidak ada interaksi antara elektron percepatan dan atom dalam kristal yang sempurna kisi. Dalam keadaan seperti semua elektron bebas harus mempercepat selama sebagai medan listrik diterapkan, yang akan menimbulkan arus listrik yang 1 Besarnya celah pita energi dan energi antara tingkat yang berdekatan di kedua valensi dan pita konduksi Gambar 12.6 tidak untuk scale.Whereas celah pita energi ada di urutan sebuah volt elektron, tingkat ini dipisahkan oleh energi pada order of 10−10 eV. Gambar 12.7 Skema diagram yang

menunjukkan jalur elektron yang dibelokkan oleh hamburan peristiwa.

terus meningkat dengan waktu. Namun, kita tahu bahwa saat ini mencapai konstan menilai saat itu bidang diterapkan, menunjukkan bahwa terdapat apa yang mungkin terjadi disebut "gaya gesek" yang melawan percepatan ini dari bidang eksternal. Ini gaya gesek hasil dari hamburan elektron oleh ketidaksempurnaan dalam kisi kristal, termasuk atom pengotor, lowongan, atom interstitial, dislokasi, dan bahkan getaran termal dari atom itu sendiri. Setiap hamburan penyebab event elektron kehilangan energi kinetik dan untuk mengubah arah gerak, yang diwakili skematik pada Gambar 12.7. ini termasuk kecepatan gerak dan mobilitas dari elektron. Kecepatan gerak vd merupakan kecepatan rata-rata elektron dalam arah gaya yang dikenakan oleh bidang terapan. Hal ini berbanding lurus dengan medan listrik sebagai berikut:

Konstanta proporsionalitas μe disebut mobilitas elektron, dan merupakan indikasi dari frekuensi yang kejadiannya tidak menentu ; satuannya adalah meter persegi per volt-detik (m2/V-s). Konduktivitas σ dari bahan yang paling dapat dinyatakan sebagai:

di mana n adalah jumlah elektron bebas atau melakukan per satuan volume (misalnya, permeter kubik), dan | e | adalah besarnya absolut dari muatan listrik pada elektron (1,6 × 10-19 C). Dengan demikian, konduktivitas listrik sebanding dengan baik nomor elektron bebas dan mobilitas elektron

MOBILITAS ELECTRON

Unsur Intrinsik dan Ekstrinsik Bahan Semikonduktor

Senyawa

Senyawa

Celah Pitav Konduktivitas listrik Mobilitas elektron Mobilitas lubang

Konduktivitas listrik dari bahan semikonduktor tidak setinggi itu dari logam; Namun demikian, mereka memiliki beberapa karakteristik listrik yang unik yang membuat mereka sangat berguna. Sifat listrik dari bahan tersebut sangat sensitif terhadap kehadiran bahkan konsentrasi menit dari limbah yang dihasilkan. Konduktor semikonduktor intrinsik adalah di mana perilaku listrik didasarkan pada struktur elektronik yang melekat dalam bahan murni. Ketika karakteristik listrik ditentukan oleh atom pengotor, semikonduktor dikatakan ekstrinsik

TABEL 12.3

semiconduction INTRINSIK

Semikonduktor intrinsik ditandai dengan struktur pita elektron yang ditunjukkan pada Gambar 12.4d: pada 0 K, sebuah pita valensi terisi penuh, terpisah dari kosong konduksi band oleh celah pita terlarang relatif sempit, umumnya kurang dari 2 eV. Kedua unsur semikonduktor adalah silikon (Si) dan germanium (Ge), memiliki band gap energi sekitar 1,1 dan 0,7 eV, masing-masing. Keduanya ditemukan di IVA Kelompok tabel periodik dan kovalen bonded.4 Selain itu, sejumlah bahan semikonduktor senyawa juga menampilkan perilaku intrinsik. Satu kelompok tersebut terbentuk antara unsur-unsur dari Grup IIIA dan VA, misalnya, gallium arsenide (GaAs) dan indium antimonide (InSb); ini sering disebut senyawa III-V. Senyawa-senyawa yang terdiri dari unsur-unsur Kelompok IIB dan VIA juga menampilkan perilaku semikonduktor; ini termasuk kadmium sulfida (CdS) dan seng telluride (ZnTe). Sebagai dua unsur pembentuk senyawa ini menjadi lebih secara luas dipisahkan sehubungan dengan posisi relatif mereka dalam tabel periodik (yaitu, para elektronegativitas menjadi lebih berbeda, Gambar 2.7), ikatan atom menjadi lebih ionik dan besarnya celah pita energi meningkat-bahan cenderung menjadi lebih insulative. Tabel 12.3 memberikan celah pita untuk beberapa senyawa semikonduktor.

Concept of a Hole Dalam semikonduktor intrinsik, untuk setiap elektron aktif ke pita konduksi ada yang tertinggal elektron yang hilang di salah satu ikatan kovalen, atau dalam skema pita, keadaan elektron kosong di pita valensi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.6b.5 bawah pengaruh dari medan listrik, posisi elektron ini hilang dalam kristal kisi dapat dianggap sebagai bergerak dengan gerak elektron valensi lain yang berulang kali mengisi obligasi lengkap (Gambar 12.11). Proses ini dipercepat oleh mengobati elektron yang hilang dari pita valensi sebagai partikel bermuatan positif disebut lubang. Sebuah lubang dianggap memiliki muatan yang besarnya sama seperti itu untuk sebuah elektron, tetapi tanda berlawanan (1,6 × 10-19 C). Dengan demikian, di hadapan dari medan listrik, elektron bersemangat dan lubang bergerak dalam arah yang berlawanan. Selain itu, dalam semikonduktor kedua elektron dan lubang, tersebar oleh ketidaksempurnaan kisi.

Karena ada dua jenis pembawa muatan (elektron bebas dan lubang) dalam intrinsik semikonduktor, ekspresi untuk konduksi listrik, Persamaan 12.8, harus diubah untuk memasukkan istilah untuk menjelaskan kontribusi arus hole. Oleh karena itu, kita menulis

dimana p adalah jumlah lubang per meter kubik dan mH adalah mobilitas lubang. Besarnya dari mH selalu kurang dari μe untuk semikonduktor. Untuk semikonduktor intrinsik, setiap elektron dipromosikan di celah pita meninggalkan sebuah lubang di valensi pita; dengan demikian,

mana ni dikenal sebagai konsentrasi pembawa intrinsik. Selain itu,

Ruang-suhu konduktivitas intrinsik dan mobilitas elektron dan hole untuk beberapa bahan semikonduktor juga disajikan dalam Tabel 12.3.

Gambar 12.11 Elektron Model ikatan konduksi listrik dalam silikon intrinsik: (a) sebelum eksitasi, (b) dan (c) setelah eksitasi (bebas-elektron dan selanjutnya lubang gerakan sebagai respons terhadap medan listrik eksternal).

Gambar 12.11 Elektron Model ikatan konduksi listrik dalam silikon intrinsik: (a) sebelum eksitasi, (b) dan (c) setelah eksitasi (bebas-elektron dan selanjutnya lubang gerakan sebagai respons terhadap medan listrik eksternal).

semiconduction EKSTRINSIK

Hampir semua semikonduktor komersial ekstrinsik; yaitu, perilaku listrik ditentukan oleh kotoran, yang, ketika hadir dalam konsentrasi bahkan menit, memperkenalkan kelebihan elektron atau lubang. Sebagai contoh, konsentrasi pengotor dari satu atom di 1012 adalah cukup untuk membuat silikon ekstrinsik pada suhu kamar. n-Type ekstrinsik semiconduction . Untuk menggambarkan bagaimana semiconduction ekstrinsik dicapai, pertimbangkan lagi elemental silikon semikonduktor. Sebuah atom Si memiliki empat elektron, yang masing-masing kovalen terikat dengan salah satu dari empat atom Si yang berdekatan. Sekarang, anggaplah bahwa atom pengotor dengan valensi dari 5 ditambahkan sebagai pengotor substitusi; kemungkinan akan mencakup atom dari Kelompok VA kolom tabel periodik (misalnya, P, As, dan Sb). hanya empat dari lima elektron valensi atom pengotor ini dapat berpartisipasi dalam ikatan karena hanya ada empat kemungkinan ikatan dengan atom tetangga. non ikatan ekstra , elektron longgar terikat ke daerah sekitar atom pengotor dengan lemah tarik elektrostatik, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 12.12a. Energi ikat ini elektron relatif kecil (di urutan 0,01 eV); dengan demikian, itu mudah dihapus dari atom pengotor, dalam hal ini menjadi elektron bebas atau melakukan (Angka 12.12b dan 12.12c). Keadaan energi elektron tersebut dapat dilihat dari perspektif Skema Model pita elektron. Untuk masing-masing elektron longgar terikat, terdapat tingkat energi tunggal, atau keadaan energi, yang terletak di dalam celah pita terlarang tepat di bawah bagian bawah pita konduksi (Gambar 12.13a). Elektron mengikat energi sesuai dengan energi yang dibutuhkan untuk merangsang elektron dari salah satu pengotor menyatakan untuk negara dalam pita konduksi.

Gambar 12.12 ekstrinsik tipe-n semiconduction Model (ikatan elektron). (a) Sebuah pengotor atom seperti fosfor, memiliki lima valensi elektron, dapat menggantikan atom silikon. Hal ini menyebabkan ikatan elektron ambahan, yang terikat pada atom pengotor dan mengorbit itu. (b) Eksitasi untuk membentuk sebuah elektron bebas. (c) gerak elektron bebas ini dalam menanggapi medan listrik

Gambar 12.16 pembawa intrinsik konsentrasi (skala logaritmik) sebagai fungsi temperatur untuk germanium dan silikon. (Dari C. D. Thurmond, "The Standard Fungsi termodinamika untuk Pembentukan Elektron dan Holes di Ge, Si, GaAs, GaP dan, "Journal of The Elektrokimia Society, 122, [8], 1139 (1975). Dicetak ulang dengan izin dari The Elektrokimia Society, Inc)

KETERGANTUNGAN SUHU TERHADAP KONSENTRASI

Gambar 12.17 Elektron konsentrasi terhadap suhu untuk silikon (n-type) yang telah diolah dengan 1021 m-3 dari donor kenajisan, dan intrinsik silikon (garis putus-putus). Freeze-out, ekstrinsik, dan rezim suhu intrinsik dicatat pada plot ini. (Dari S. M. Sze, Semiconductor Devices, Fisika dan Teknologi. Copyright? C 1985 oleh Bell Telephone Laboratories, Inc Dicetak ulang dengan izin dari JohnWiley & Sons, Inc)

Gambar 12.21 Untuk p-n Perbaikan sambungan, representasi elektron dan lubang distribusi untuk (a) tanpa potensial listrik, (b) bias maju, dan (c) membalikkan bias. sirkuit, bertanggung jawab untuk munculnya dan pertumbuhan yang sangat cepat dari serangkaian pembaruanindustri dalam beberapa tahun terakhir.

Gambar 12.22 Arus tegangan karakteristik sambungan p-n untuk maju dan reverse bias. Fenomena breakdown juga ditampilkan.

Sebuah penyerah, atau diode , adalah perangkat elektronik yang memungkinkan arus mengalir dalam satu arah saja ; misalnya , penyearah mengubah arus bolak-balik menjadi direct saat ini . Sebelum munculnya p - n junction semikonduktor penyearah , operasi ini dilakukan dengan menggunakan dioda tabung vakum . The p - n junction adalah meluruskan dibangun dari satu bagian dari semikonduktor yang diolah sehingga dapat n - ketik di satu sisi dan tipe-p di sisi lain ( Gambar 12.21a ) . Jika potongan - n dan tipe-p bahan bergabung bersama-sama , hasil penyearah miskin , karena adanya permukaan antara dua bagian membuat perangkat sangat tidak efisien . Juga , kristal tunggal material semikonduktor harus digunakan dalam semua perangkat elektronik karena fenomena yang merusak operasi terjadi pada batas butir . Sebelum penerapan potensial di seluruh spesimen p - n , lubang akan menjadi operator dominan pada p - side , dan elektron akan mendominasi di n - wilayah , seperti digambarkan pada Gambar 12.21a . Potensial listrik eksternal dapat didirikan di seluruh ap - n junction dengan dua polaritas yang berbeda . Ketika baterai digunakan,

The p–n Rectifying Junction

terminal positif dapat dihubungkan ke p-sisi dan terminal negatif ke n-side; ini disebut sebagai bias maju.

Polaritas yang berlawanan (minus untuk p dan ditambah ke n) disebut reverse bias. Tanggapan dari pembawa muatan untuk penerapan potensi-bias maju ditunjukkan pada Gambar 12.21b. Lubang-lubang pada p-sisi dan elektron pada n-side tertarik pada persimpangan. Seperti elektron dan lubang pertemuan satu sama lain di dekat persimpangan, mereka terus bergabung kembali dan memusnahkan satu

Gambar 12.28 kapasitor pelat sejajar (a) ketika terdapat hampa dan (b) ketika bahan dielektrik hadir. (Dari K. M. Ralls, T. H. Courtney, dan J.Wulff, Pengantar Ilmu Bahan dan Teknik. Copyright@ C tahun 1976 oleh JohnWiley & Sons, Inc Dicetak ulang izin John Wiley & Sons, Inc)

kapasitor pelat sejajar

positif ke negatif. Kapasitansi C berkaitan dengan kuantitas muatan yang tersimpan di kedua piring Q by10

di mana V adalah tegangan diterapkan di seluruh kapasitor. Satuan kapasitansi coulomb per volt, atau farads (F).Sekarang, pertimbangkan kapasitor pelat sejajar dengan kekosongan di wilayah ini antarapiring (Gambar 12.28a). Kapasitansi dapat dihitung dari hubungan

dimana A merupakan luas pelat dan l adalah jarak antara mereka. Itu parameter 0, disebut permitivitas ruang hampa, adalah konstanta universal yang memiliki nilai permitivitas 8,85 × 10-12 F / m.Dengan konvensi, huruf "C" digunakan untuk mewakili kedua kapasitansi dan unit biaya, coulomb. Untuk meminimalkan kebingungan dalam diskusi ini, penunjukan kapasitansi akan akan dicetak miring, sebagai C.

Konstanta dielektrik dan Kekuatan untuk Beberapa Bahan Dielektrik

Satu mil = 0,001 masuk ini nilai kekuatan dielektrik yang rata-rata, besarnyatergantung pada ketebalan spesimen dan geometri, serta tingkat aplikasi dandurasi medan listrik diterapkan. Jika bahan dielektrik dimasukkan ke wilayah tersebut dalam lempeng (Gambar 12.28b), kemudian

di mana € adalah permitivitas medium dielektrik ini, yang akan lebih besar dalam besarnya dari €0. The permitivitas relatif €r, sering disebut konstanta dielektrik, sama dengan rasio

yang lebih besar dari kesatuan dan merupakan kenaikan kapasitas muatan-penyimpanan dengan penyisipan dari medium dielektrik antara pelat. Konstanta dielektrik merupakan salah satu properti materi yang pertimbangan utama untuk desain kapasitor. Nilai €rdari sejumlah bahan dielektrik yang terkandung dalam Tabel 12.5.

Gambar 12.31 Skema representasi dari (a) muatan disimpan pada kapasitor piring untuk ruang hampa, (b) pengaturan dipol dalam dielektrik terpolarisasi, dan (c) muatan meningkat menyimpan Kapasitas yang dihasilkan dari polarisasi dielektrik material. (Diadaptasi dari A. G. Guy, Essentials of Material Sains, McGraw-Hill Book Perusahaan, New York, 1976.)

Kapasitas Penyimpanan

JENIS POLARISASI

Polarisasi adalah penyelarasan permanen atau diinduksi atom atau molekul momen dipol dengan medan listrik eksternal diterapkan. Ada tiga jenis atau sumber polarisasi: elektronik, ion, dan orientasi. bahan dielektrik biasanya menunjukkan setidaknya satu jenis polarisasi ini tergantung pada bahan dan juga cara aplikasi bidang eksternal.POLARISASI terbagi menjadi 3 yaitu :

Polarisasi elektronik Polarisasi elektronik mungkin dapat diinduksikan untuk satu derajat atau lain dalam semua atom. Itresults dari perpindahan pusat awan elektron bermuatan negatif relatif terhadap inti positif dari atom oleh medan listrik (Gambar 12.32a). Ini Jenis polarisasi ditemukan di semua bahan dielektrik dan, tentu saja, hanya ada saat medan listrik hadir.

Polarisasi ionPolarisasi ion hanya terjadi pada bahan yang ion. Sebuah medan listrik bertindak untuk menggantikan kation dalam satu arah dan anion dalam arah yang berlawanan, yang memberikan naik ke momen dipol bersih. Fenomena ini diilustrasikan pada Gambar 12.32b. itu besarnya momen dipol untuk setiap pasangan ion pi sama dengan produk dari perpindahan di relatif dan muatan pada masing-masing ion

Orientasi PolarisasiTipe ketiga, orientasi polarisasi, hanya ditemukan dalam zat yang memiliki momen dipol permanen. Hasil Polarisasi dari rotasi permanen saat ke arah medan listrik, seperti yang digambarkan dalam Gambar 12.32c. ini keselarasan kecenderungan menetral oleh getaran termal dari atom, sehingga polarisasi menurun dengan meningkatnya suhu. Total polarisasi P suatu zat adalah sama dengan jumlah dari elektronik, ionik, dan polarisasi orientasi (Pe, Pi, dan Po, masing-masing),

Gambar 12.32 (a) Elektronik polarisasi yang dihasilkan dari distorsi dari atom awan elektron oleh listrik lapangan

. (b) polarisasi ionik yang dihasilkan dari relatif perpindahan elektrik ion bermuatan dalam menanggapi medan listrik

. (c) Response dipol listrik permanen (panah) ke terapan medan listrik, menghasilkan orientasi polarisasi. (Dari O. H.Wyatt dan D. Dew-Hughes, Logam, Keramik dan Polimer, Cambridge University Press, 1974.)

fenomena ferroelectricity dan piezoelektrik.

FERROELECTRICITY Fenomena ini dikenal sebagai kelelahan (fatigue) dan diduga penyebabnya adalah efek dari muatan permukaan (space charges) atau melekatnya dinding domain di sekitar kristal yang cacat (defects). Belakangan ini beberapa teknik telah dikembangkan untuk mencoba mempelajari profil polarisasi pada film yang tipis. Dalam penelitian kali ini, profil polarisasi pada film polimer ferroelektrik diukur dengan menggunakan laser intensity modulation method (LIMM). Polimer yang dipelajari adalah polyvinylidene fluoride (PVDF) dan kopolimernya trifluoroethylene (TrFE). Polimer tersebut dilelahkan dengan mempolarisasi materi itu berulang kali dengan menggunakan medan listrik dc di atas coercive field (medan listrik pembalik). Untuk beberapa polimer, perlakuan ini mengakibatkan pengurangan magnitudo polarisasi, sementara bahan lain magnitudo tidak berubah. Diamati bahwa polimer yang diteliti menunjukkan kelelahan dalam polarisasinya dan memiliki distribusi polarisasi yang lebih simetris setelah kelelahan.

Properti yang tidak biasa dipamerkan oleh beberapa bahan keramik adalah piezoelektrik, atau, secara harfiah, Tekanan listrik: polarisasi diinduksi dan medan listrik didirikan seluruh spesimen dengan penerapan kekuatan eksternal. Membalikkan tanda eksternal kekuatan (yaitu, dari ketegangan kompresi) membalikkan arah lapangan. itu efek piezoelektrik ditunjukkan pada Gambar 12.36. Fenomena ini dan contoh penerapannya dibahas dalam Bahan potongan Pentingnya yang mengikuti Bagian 13.10. bahan piezoelektrik piezoelectric digunakan dalam transduser, yang adalah perangkat yang mengkonversi energi listrik menjadi strain mekanik, atau sebaliknya.

PIEZOELEKTRK.

Properti yang tidak biasa ditunjukkan oleh beberapa bahan keramik adalah piezoelektrik, atau, secara harfiah, Tekanan listrik: polarisasi diinduksi dan medan listrik didirikan seluruh spesimen dengan penerapan kekuatan eksternal. Membalikkan tanda eksternal kekuatan (yaitu, dari ketegangan kompresi) membalikkan arah lapangan. Itu efek piezoelektrik ditunjukkan pada Gambar 12.36. Fenomena ini dan contoh penerapannya dibahas dalam Bahan potongan Pentingnya bahan piezoelektrik piezoelectric digunakan dalam transduser, yang adalah perangkat yang mengkonversi energi listrik menjadi strain mekanik, atau sebaliknya

Gambar 12.36 (a) dipol dalam bahan piezoelektrik. (b) tegangan A adalah dihasilkan ketika bahan yang dikenakan tegangan tekan. (Dari Van Vlack, L., UNSUR BAHAN SCIENCE DAN ENGINEERING, 6 / E,? C 1989, p. 482. Diadaptasi dengan izin dari Pearson Education, Inc, Upper Saddle River, New Jersey.)

SEKIAN & TERIMA KASIH