7/31/2019 dielektr

1/13

MAKALAH PERSENTASI

BAHAN DIELEKTRIK

Oleh :

Iksanuddin Saputro

103224010

Jurusan Fisika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

2012

7/31/2019 dielektr

2/13

Apa itu "BAHAN DIELEKTRIK"

Dielektrikadalah sejenis bahan Isolator listrikyang dapat dikutubkan (polarized) dengan cara

menempatkan bahan dielektrik dalam medan listrik. Ketika bahan ini berada dalam medan listrik,muatan listrik yang terkandung di dalamnya tidak akan mengalir, sehingga tidak timbul arus

seperti bahan konduktor, tapi hanya sedikit bergeser dari posisi setimbangnya mengakibatkanterciptanyapengutuban dielektrik. Oleh karena pengutuban dielektrik, muatan positif bergerak

menuju kutub negatif medan listrik, sedang muatan negatif bergerak pada arah berlawanan (yaitumenuju kutub positif medan listrik) Hal ini menimbulkan medan listrik internal (di dalam bahan

dielektrik) yang menyebabkan jumlah keseluruhan medan listrik yang melingkupi bahan dielektrik

menurun. Jika bahan dielektrik terdiri dari molekul-molekul yang memiliki ikatan lemah, molekul-molekul ini tidak hanya menjadi terkutub, namun juga sampai bisa tertata ulang sehingga sumbu

simetrinya mengikuti arah medan listrik.

Walaupun istilah "isolator" juga mengandung arti konduksi listriknya rendah, seperti "dielektrik",

namun istilah "dielektrik" biasanya digunakan untuk bahan-bahan isolator yang memiliki tingkat

kemampuan pengutuban tinggi yang besarannya diwakili oleh konstanta dielektrik. Contoh umumtentang dielektrik adalah sekat isolator diantara plat konduktor yang terdapat dalam kapasitor.

Pengutuban bahan dielektrik dengan memaparkan medan listrik padanya merubah muatan listrikpada kutub-kutub kapasitor.

Penelitian tentang sifat-sifat bahan dielektrik berhubungan erat dengan kemampuannya

menyimpan dan melepaskan energi listrik dan magnetik. Sifat-sifat dielektrik sangat penting untuk

menjelaskan berbagai fenomena dalam bidang elektronika, optika, dan fisika zat padat.

Istilah "dielektrik" pertama kali dipergunakan oleh William Whewell (dari kata "dia" dari yunani

yang berarti "lewat" dan "elektrik") sebagai jawaban atas permintaan dari Michael Faraday.

Dielektrik sebagai salah satu bahan listrik mempunyai beberapa sifat-sifat kelistrikan. Adapunfungsi yang paling penting dari suatu bahan dielektrik adalah :

1. Untuk mengisolasi antara satu penghantar dengan penghantar lainnya.

2. Menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang diisolasinya.

3. 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 dapatbertahan dalam jangka waktu yang lama dengan menahan semua tekanan tersebut diatas.

Dari sifat-sifat bahan dielektrik yang ada, terdapat 6 sifat yang perlu diketahui, yaitu :

1. Kekuatan dielektrik

http://dewi-s--fst09.web.unair.ac.id/artikel_detail-38161-Umum-Apa%20ituhttp://id.wikipedia.org/wiki/Isolator_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#Pengutuban_dielektrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Medan_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Penghantar_listrikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Konduksi_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Konstanta_dielektrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Optikahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Fisika_zat_padat&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=William_Whewell&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Michael_Faradayhttp://id.wikipedia.org/wiki/Isolator_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#Pengutuban_dielektrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Medan_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Penghantar_listrikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Konduksi_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Konstanta_dielektrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Optikahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Fisika_zat_padat&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=William_Whewell&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Michael_Faradayhttp://dewi-s--fst09.web.unair.ac.id/artikel_detail-38161-Umum-Apa%20itu

7/31/2019 dielektr

3/13

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 juga dapat diartikan

sebagai tekanan listrik terendah yang mengakibatkan dielektrik tersebut tembus listrik. Kekuatan

dielektrik ini disebut juga dengan kuat medan kritis. Tegangan tembus (breakdown voltage) suatuisolator adalah tegangan minimum yang dibutuhkan untuk merusak dielekrik tersebut. Kekuatan

dielektrik dari suatu bahan isolasi dinyatakan dengan tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh

suatu medium tanpa merusaknya. Dengan kata lain, kekuatan dielektrik dinyatakan dengan gradientegangan yang diperlukan supaya dielektrik itu mengalami tembus listrik.

2. 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 yangsingkat, 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). Arusabsorpsi 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 dielektrik

Rugi-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 medanlistrik, 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 mengalamigaya 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 (180

o

)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 isolasi

7/31/2019 dielektr

4/13

Jika 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 danresistansi volume. Dalam prakteknya, hasil tahanan isolasi tergantung pada besar polaritas

tegangan pengukuran serta jenis bahan isolasi.

5. Peluahan sebagian (Partial discharge)

Peluahan parsial (partial discharge) adalah peluahan elektrik pada medium isolasi yang terdapat diantara 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 internal

Peluahan ini terjadi pada susunan dielektrik yang tidak sempurna, terdapat celah atau rongga yangberisi udara atau pun campuran dielektrik lain yang memiliki konstanta dielektrik lebih rendah.

b. Peluahan parsial permukaan

Peluahan parsial permukaan mungkin terjadi bila terdapat daerah yang secara paralel dengan

dielektrik mengalami stres tegangan berlebihan. Kejadian ini biasa dialami pada bushing, ujung

kabel, overhangdari kumparan generator.

c. Korona

Korona merupakan hasil terakselerasinya ionisasi di bawah pengaruh suatu medan listik. Inimerupakan suatu proses fisika dimana struktur molekul netral atau atom diubah akibat benturan

atom atau molekul netral dengan elektron bebas, foton atau ion negatif. Setiap sistem isolasi atauelektroda dimana korona dapat terjadi merupakan sumber korona. Wilayah dimana korona terjadi

disebut lokasi korona. Korona dapat dideteksi dari peristiwa emisi cahaya yang berwarna violet

atau juga dari bunyi getaran yang dihasilkan pada konduktor.

d. Pemohonan elektrik (electrical treeing)

Pemohonan elektrik bermula dari kondisi dielektrik yang tidak baik dikarenakan adanya

rongga/celah udara di dalam dielektrik itu sendiri. Apabila diberi tegangan tinggi, maka terjadi

peluahan internal yang dalam waktu lama akan terjadi percabangan rongga akibat erosi.Pemohonan elektrik dapat juga terjadi dalam waktu yang singkat dikarenakan ketidak mampuandielektrik dalam menahan terpaan medan listrik. Oleh karena peristiwa ini maka dielektrik telah

mengalami kerusakan secara fisik.

6. Kekuatan kerak isolasi (tracking strenght)

7/31/2019 dielektr

5/13

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 dipengaruhioleh 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 penguraianpada 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 yangditimbulkan arus bocor dapat juga menimbulkan erosi tanpa didahului oleh adanya kerak

konduktif.

Kerentanan kelistrikan (Susceptibility)

Kerentanan kelistrikan Xe pada bahan dielektrik adalah ukuran seberapa mudah bahan inidikutubkan dalam medan listrik, yang pada akhirnya menentukan permitivitas listrik sehingga

mempengaruhi sifat-sifat lain dalam bahan dielektrik tersebut, misalnya nilai kapasitansi jika

dipergunakan dalam kapasitor.

nilai kerentanan listrik ini didefinisikan melalui sebuah konstanta perbandingan antara medanlistrikE dan pengkutuban bahan dielektrikP sedemikian rupa sehingga:

dimana adalah Permitivitas ruang hampa.

Kerentanan sebuah bahan memiliki hubungan dengan permitivitas relatifnya yaitu:

Sehingga dalam ruang hampa,

Perpindahan medan listrikD berhubungan dengan kerapatan pengkutuban P melalui:

Penyebaran (dispersi) dan hukum sebab-akibat

Secara umum, sebuah bahan tidak dapat langsung terkutub (polarized) secara mendadak pada saat

berada dalam medan listrik. Bentuk umum rumus sebagai fungsi waktu pengutuban ini adalah:

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Permitivitas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitansihttp://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitorhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Permitivitas_ruang_hampa&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Perpindahan_medan_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Permitivitas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitansihttp://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitorhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Permitivitas_ruang_hampa&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Perpindahan_medan_listrik&action=edit&redlink=1

7/31/2019 dielektr

6/13

Artinya pengkutuban terjadi sebagai bentuk pembelokan (konvolusi) terhadap medan listrik pada

masa lampau (waktu sebelumnya) dengan nilai kerentanan listrik saat ini yang bernilai .Batas atas dari integral ini dapat terus diperpanjang sampai tak terhingga karenauntuk . Respon pengutuban mendadak dapat terjadi karena Fungsi delta dirac dengan

kerentanan .

Namun perhitungan menjadi lebih mudah dalam sistem linear jika menggunakan rumus

Transformasi Fourierdan menulis persamaan ini sebagai fungsi frekuensi. Karena adanya teoremakonvolusi, bentuk integral berubah menjadi perkalian sederhana,

Perlu diperhatikan bahwa frekuensi sederhada ini bergantung pada nilai kerentanan, atau nilai

permitivitas. Bentuk grafik kerentanan berdasar frekuensi ini memberi sifat dispersi pada bahan

dielektrik.

Lebih jauh, bahwa pengutuban hanya bergantung pada medan listrik pada waktu lampau (yaitu

untuk ), sebagai konsekuensi atas hukum sebab-akibat, pengutuban

memiliki hubungan KramersKronig pada kerentanan .

Pengutuban dielektrik

Permodelan atom sederhana

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Konvolusi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Integralhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Fungsi_delta_dirac&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Transformasi_Fourierhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Teorema_konvolusi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Teorema_konvolusi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Dispersihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hubungan_Kramers%E2%80%93Kronig&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Berkas:Dielectric_model.svg&filetimestamp=20110814053042http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Konvolusi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Integralhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Fungsi_delta_dirac&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Transformasi_Fourierhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Teorema_konvolusi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Teorema_konvolusi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Dispersihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hubungan_Kramers%E2%80%93Kronig&action=edit&redlink=1

7/31/2019 dielektr

7/13

Interaksi medan listrik dengan permodelan atom dielektrik klasik.

Dalam pendekatan teori klasik tentang permodelan dielektrik, sebuah bahan terbuat dari atom-atom. Tiap atom terdiri dari awan bermuatan negatif (elektron) terikat dan meliputi titik bermuatan

positif di tengahnya. Dengan keberadaan medan listrik disekeliling atom ini maka awan bermuatan

negatif tersebut berubah bentuk, seperti yang terlihat pada gambar yang atas-kanan .

Hal ini dapat dipandang secara sederhana sebagai dwikutub (dipole) dengan menggunakan prinsip-

prinsip superposisi. Dwikutub ini dicirikan oleh momen dwikutubnya, yaitu besaran vektor yang

ditampilkan pada gambar sebagai panah biru dengan tandaM. Yang berperan membentuk perilaku

dielektrik adalah Hubungan antara medan listrik dan momen dwikutubnya. (Catatan bahwa padagambar momen dwikutub digambarkan mengarah pada arah yang sama dengan medan listrik, hal

ini tidak selalu benar-benar terjadi, dan ini hanya merupakan penyederhanaan saja, namun

penggambaran seperti ini biasanya masih sesuai untuk berbagai bahan.)

Ketika medan listrik hilang, atom-atom pada bahan tersebut kembali pada keadaan sebelumnya.

Waktu yang diperlukan untuk berubah-ubah keadaan ini disebut waktu Relaksasi; grafiknyaberbentuk penurunan secara ekponensial.

Permodelan di atas merupakan penggambaran sederhana saja, pada prakteknya perilaku dielektriksangat bergantung pada situasinya. Makin rumit situasinya (membutuhkan akurasi lebih) makin

rumit pula permodelan yang harus dibuat untuk menjelaskan perilaku bahan dielektrik secara akrat.

Permasalahan paling mendasar adalah:

Apakah medan listrik dalam bahan tersebut konstan ataukah berubah sejalan waktu?

o Jika berubah sejalan waktu, seberapa besar perubahannya?

Bagaimana ciri-ciri bahan tersebut?

o Apakah arah medan listrik merupakan isotropi yang penting?o Apakah bahan tersebut homogen?

o Adakah batasan-batasan yang harus diperhatikan?

Apakah harus diperhatikan bila sistemnya linearatau nonlinear?

Hubungan antara medan listrikE dan momen dwikutub M mempengaruhi perilaku bahandielektrik, yang mana pada bahan tertentu, dapat dicirikan melalui fungsi F dengan persamaan:

.

Ketika medan listrik dan jenis bahan telah ditentukan, lalu ditentukan fungsiFpaling sederhana

untuk mendapatkan hasil paling mendekati dari sifat yang diinginkan.

Pengutuban dwikutub

Pengutuban dwikutub (dipole polarization) adalah pengutuban pada kutub-kutub molekulnya.Pengutuban jenis ini berakibat pengutuban secara permanen, contohnya ikatan asimetris antara

http://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Dwikutub&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Prinsip-prinsip_superposisi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Prinsip-prinsip_superposisi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Momen_dwikutub_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Relaksasi_(fisika)&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Isotropi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Homogen&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_linear&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_nonlinear&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kutub_molekul&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Dwikutub&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Prinsip-prinsip_superposisi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Prinsip-prinsip_superposisi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Momen_dwikutub_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Relaksasi_(fisika)&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Isotropi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Homogen&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_linear&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_nonlinear&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kutub_molekul&action=edit&redlink=1

7/31/2019 dielektr

8/13

atom oksigen dan hidrogen pada air, yang akan mempertahankan sifat-sifat pengutuban walaupun

medan listrik sudah hilang. Pengutuban jenis ini membentuk pengutuban makroskopis.

Jika medan listrik dari luar dipaparkan pada bahan tertentu, jarak antara muatan dalam atom, yangterkait dengan ikatan kimianya, tidak berubah selama terkutub; namun, kutub-kutubnya akan

berputar. Putarannya tergantung pada torsi dan viskositas molekul yang bersangkutan. Karenaperputaran ini tidak dapat terjadi secara mendadak, pengutuban dwikutub belum terjadi ketika

frekuensi pengutuban masih rendah. Jarak waktu respon muatan listrik karena adanya medan listrikini menimbulkan gesekan danpanas.

Pengutuban ion

Pengutuban ion adalah pengutuban yang terjadi karena adanya perpindahan relatif antara ion

negatif dan positif dalam molekul yang bersangkutan, misalnya pada NaCl).

Sering kristal atau molekul tidak terdiri hanya satu jenis atom saja, distribusi muatan listrik

disekitar atom kristal atau molekul cenderung positif atau negatif. Akibatnya, ketika getaranmolekul menginduksi perpindahan muatan dalam atom, titik setimbang muatan positif dan negatif

mungkin tidak berada pada lokasi yang sama. Titik setimbang ini mempengaruhi simetri sebaran

muatan listrik. Ketika titik setimbang ini tidak setimbang, pengkutuban terjadi dalam kristal ataumolekul tersebut. Inilah pengutuban ion.

Pengutuban ion menyebabkan transisi feroelektrikdan juga pengutuban dwipolar. Transisi yang

disebabkan berubahnya urutan arah kutub permanen sepanjang garis tertentu, disebut transisi faseorder-disorder. Sedang transisi yang disebabkan oleh pengutuban ion dalam kristal disebut

transisi fase pergeseran.

Perbedaan bahan dielektrik & ferroelektrik

Bahan dielektrik adalah material non konduktif: gelas, karet, kayu, dll. Dielektrik meningkatkan

kapasitas kapasitor dengan faktor K disebut dengan konstanta dielektrik. Bahan dielektrik adalah

bahan isolator yang diselipkan diantara keping kapasitor. Bahan-bahan dielektrik yang umum

digunakan misalnya udara vakum, keramik, gelas, dan lain-lain.

Bahan ferroelektrik yaitu sifatnya menghilang diatas suhu transisi. Diatas suhu transisi

ferroelektrik menjadi fase paraelekrik dengan epsilon >1 dan epsilon (T) menurun dengan

meningkatnya suhu (T). Pada fase ini ferroelektrik berperilaku seperti dielektrik.

Dispersi dielektrik

Dalam ilmu fisika, dispersi dielektrikadalah ketergantungan bahan dielektrik pada nilaipermitivitasnya pada frekuensi tertentu ketika adanya medan listrik. Karena adanya jeda waktu

antara pengutuban dan perubahan medan listrik, permitivitas bahan dielektrik menjadi sangat

http://id.wikipedia.org/wiki/Oksigenhttp://id.wikipedia.org/wiki/Hidrogenhttp://id.wikipedia.org/wiki/Airhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ikatan_kimiahttp://id.wikipedia.org/wiki/Torsihttp://id.wikipedia.org/wiki/Viskositashttp://id.wikipedia.org/wiki/Gesekanhttp://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://id.wikipedia.org/wiki/Garamhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Transisi_feroelektrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Oksigenhttp://id.wikipedia.org/wiki/Hidrogenhttp://id.wikipedia.org/wiki/Airhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ikatan_kimiahttp://id.wikipedia.org/wiki/Torsihttp://id.wikipedia.org/wiki/Viskositashttp://id.wikipedia.org/wiki/Gesekanhttp://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://id.wikipedia.org/wiki/Garamhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Transisi_feroelektrik&action=edit&redlink=1

7/31/2019 dielektr

9/13

rumit, diperlukan fungsi denganbilangan kompleks dari frekuensi medan listrik. Hal ini sangat

penting dalam penggunaan bahan dielektrik dan analisis sistem pengutuban.

Kejadian umum atas fenomena ini disebut sebagai dispersi bahan: yaitu respon yang tergantungpada frekuensi dari suatu bahan untuk menghantarkan gelombang (wave propagation).

Ketika frekuensi meningkat:

1. Pengutuban dwikutub tidak mungkin mengejar perubahan medan listrik ketika memasuki

daeran gelombang mikro sekitar 1010 Hz;

2. Ketika memasuki daerah infra-merah atau infra-merah-jauh sekitar 1013 Hz, pengutuban iontidak lagi merespon terhadap medan listrik;

3. Pengutuban listrik benar-benar tidak mungkin terjadi ketika frekuensi memasuki daerah

ultraungu sekitar 1015 Hz.

Dalam frekuensi di atas ultraungu, permitivitas mendekati nilai konstanta 0 untuk semua bahan,

dimana 0 adalah permitivitas ruang hampa. Karena permitivitas merupakan kekuatan hubunganantara medan listrik dan pengutuban, jika pengutuban tidak lagi merespon medan listrik, maka

permitivitas menurun.

Relaksasi dielektrik

Relaksasi dielektrikadalah komponen jeda waktu dalam konstanta dielektriksuatu bahan. Jeda

ini biasanya disebabkan oleh jeda waktu yang diperlukan molekul bahan sampai terkutub

(polarized) ketika mengalami perubahan medan listrik disekitar bahan dielektrik (misalnya,kapasitor yang dialiri arus listrik). Relaksasi dielektrik ketika terjadi perubahan medan listrik dapat

dipersamakan dengan adanya histerisis ketika terjadi perubahan medan magnet (dalam induktor

atau transformer). Dalam sistem linier, relaksasi secara umum berarti jeda waktu sebelum responyang diinginkan muncul, oleh karena itu relaksasi diukur sebagai nilai relatif terhadap keadaandielektrik stabil yang diharapkan (equilibrium). Jeda waktu antara munculnya medan listrik dan

terjadinya pengutuban berakibat berkurangnya energi bebas (G) tanpa dapat dikembalikan.

Dalam ilmu fisika, relaksasi dielektrikmengacu pada waktu respon relaksasi bahan dielektrik atasmedan listrik dari luar pada frekuensi gelombang mikro. Relaksasi ini sering diterangkan dalam

permitivitas sebagai fungsi terhadap frekuensi, yang mana, dalam sistem ideal, dapat dinyatakan

dalam persamaan Debye. Namun di lain pihak, pergeseran pengutuban ion dan pengutuban

elektron menunjukkan perilaku sejenis resonansi atau osilasi. Ciri proses pergeseran sangatbergantung pada struktur, komposisi, dan lingkungan sekitar dari bahan.

Jumlah panjang gelombang yang bisa dipancarkan sebagai radiasi ketika terjadinya relaksasi

dielektrik dapat ditemukan menggunakan Hukum Hemmings yang pertama

dimana

http://id.wikipedia.org/wiki/Bilangan_komplekshttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Dispersi_bahan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Gelombang_mikrohttp://id.wikipedia.org/wiki/Hertzhttp://id.wikipedia.org/wiki/Infra-merahhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ultraunguhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Permitivitas_relatif&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Histerisis&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnethttp://id.wikipedia.org/wiki/Induktorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Transformerhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_linier&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_bebas_gibbs&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Fisikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Frekuensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Resonansihttp://id.wikipedia.org/wiki/Osilasihttp://id.wikipedia.org/wiki/Bilangan_komplekshttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Dispersi_bahan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Gelombang_mikrohttp://id.wikipedia.org/wiki/Hertzhttp://id.wikipedia.org/wiki/Infra-merahhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ultraunguhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Permitivitas_relatif&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Histerisis&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnethttp://id.wikipedia.org/wiki/Induktorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Transformerhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_linier&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_bebas_gibbs&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Fisikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Frekuensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Resonansihttp://id.wikipedia.org/wiki/Osilasi

7/31/2019 dielektr

10/13

n adalah jumlah panjang gelombang yang bisa dipancarkan sebagai radiasi

adalah jumlah tingkat energi.

Relaksasi Debye

Relaksasi Debye adalah respon relaksasi dari sekumpulan dwikutub yang tak berinteraksi satusama lain, secara ideal, atas berubahnya medan listrik dari luar. Biasanya nilainya dinyatakan

sebagai permitivitas kompleks dari bahan sebagai fungsi terhadap frekuensi medan listrik :

dimana adalah permitivitas pada batas frekuensi tertinggi, dimanamerupakan permitivitas statis berfrekuensi rendah, dan adalah ciri waktu relaksasi dari bahan

yang bersangkutan.

Model relaksasi seperti ini pertama kali diperkenalkan (dan dinamai sesuai yang memperkenalkan)

oleh Peter Debye pada tahun 1913.[5]

Variasi persamaan Debye

Persamaan ColeCole

Persamaan ColeDavidson

Relaksasi HavriliakNegami

Fungsi KohlrauschWilliamsWatts (Transformasi Fourier atas fungsi ekponensial

diregangkan)

Penerapan

Kapasitor

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Waktu_relaksasi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Peter_Debyehttp://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_note-4http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_note-4http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Persamaan_Cole%E2%80%93Cole&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Persamaan_Cole%E2%80%93Davidson&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Relaksasi_Havriliak%E2%80%93Negami&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Fungsi_ekponensial_diregangkan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Fungsi_ekponensial_diregangkan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Berkas:Capacitor_schematic_with_dielectric.svg&filetimestamp=20080511115921http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Waktu_relaksasi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Peter_Debyehttp://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_note-4http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Persamaan_Cole%E2%80%93Cole&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Persamaan_Cole%E2%80%93Davidson&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Relaksasi_Havriliak%E2%80%93Negami&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Fungsi_ekponensial_diregangkan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Fungsi_ekponensial_diregangkan&action=edit&redlink=1

7/31/2019 dielektr

11/13

Pemisahan muatan listrik dalam lempengan konduktorsejajar menimbulkan medan listrik internal.

Bahan dielektrik (oranye) mengurangi medan internal sambil menambah kapasitansi.

Kapasitor yang diproduksi untuk komersial biasanya menggunakan bahan dielektrikpadat yang

memiliki permitivitas tinggi sebagai pemisah antara muatan positif dan negatif yang disimpan.

Bahan ini sering pula disebut sebagai "dielektrik kapasitor".

Keuntungan yang jelas terlihat jika menggunakan bahan dielektrik semacam ini adalah mencegah

dua plat konduktor yang mana terdapat muatan listrik saling berhubungan langsung. Dan yang

lebih penting, permitivitas tinggi memungkinkan lebih banyak muatan listrik yang tersimpan padapotensial yang sama. Kerapatan muatan listrik yang bisa disimpan jika menggunakan bahan

dielektrik linear dengan permitivitas dan ketebalan d untuk memisah dua konduktor dapat

dihitung dengan

dan kapasitansiper satuan luas adalah

Dari sini, bisa kita lihat bahwa semakin besar makin besar pula muatan yang disimpan () dan

akhirnya makin besar pula nilai kapasitansinya.

Bahan dielektrik yang digunakan dalam kapasitor juga dipilih yang sulit terionisasi agar kapasitor

dapat dipergunakan pada potensial tinggi tanpa khawatir bahan dielektrik terionisasi dan

mengalirkan arus (arus bocor).

Resonator dielektrik

Osilator resonator dielektrik(DRO --Dielectric Resonator Oscillator) adalah komponen

elektronika yang menghasilkan resonansi dalam rentang frekuensi sempit, biasanya pada pita

gelombang mikro. Komponen ini terdiri dari "puck" keramik yang memiliki konstanta dielektrikbesar dan faktor lesapan (dissipation factor) rendah. Resonator semacam ini digunakan untuk

mendapatkan frekuensi acuan dalam rangkaian osilator. Resonator dielektrik tak-terlindung

(unshielded) dapat ditemui pada Antena Resonator Dielektrik(DRA --Dielectric ResonatorAntenna).

Dielektrik dalam praktek

Bahan dielektrik dapat berupa zat padat, zat cair, atau gas. Bahkan, ruang hampa-pun dapat

dianggap bahan dielektrik walaupun konstanta dielektrik relatifnya merupakan identitas (bernilai

1).

http://id.wikipedia.org/wiki/Konduktor_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitansihttp://id.wikipedia.org/wiki/Zat_padathttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Potensial_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitansihttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionisasihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Osilator_resonator_dielektrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Resonansihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Faktor_lesapan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Antena_Resonator_Dielektrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Zat_padathttp://id.wikipedia.org/wiki/Zat_cairhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gashttp://id.wikipedia.org/wiki/Konduktor_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitansihttp://id.wikipedia.org/wiki/Zat_padathttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Potensial_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitansihttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionisasihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Osilator_resonator_dielektrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Resonansihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Faktor_lesapan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Antena_Resonator_Dielektrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Zat_padathttp://id.wikipedia.org/wiki/Zat_cairhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gas

7/31/2019 dielektr

12/13

Nampaknya dielektrik dalam bentuk padat lebih umum dipergunakan dalam ilmu kelistrikan, dan

banyak zat padat merupakan isolatoryang baik. Beberapa contoh antara lainporselen, kaca, dan

sebagian besarplastik.Udara, nitrogen, danbelerang hexafluoride adalah tiga gas yang umumdigunakan sebagai bahan dielektrik.

Pelapis industrial seperti parylene bertindak sebagai penghalang dielektrik antara bahanyang dilapisi dan lingkungan sekitar.

Minyak yang digunakan dalam transformer(terutama yang besar) berguna sebagai bahandielektrik cair dan sebagai pendingin. Bahan dielektrik cair memiliki konstanta dielektrik

yang lebih tinggi, sehingga bisa dipergunakan dalam kapasitortegangan tinggi sehingga

mencegah terjadinya muatan bocor bila terjadi korona dan juga meningkatkan nilaikapasitansi.

Karena bahan dielektrik menghambat arus listrik, permukaan bahan dielektrik bisa saja

menangkap muatan listrik berlebih yang terlepas. Hal ini dapat terjadi secara tidak sengajaketika bahan dielektrik tergesek atau tersentuh bahan lain sehingga terjadi efek tribolistrik.

Namun demikian kadang kala kejadian seperti ini justru diinginkan seperti dalam generator

Van De Graffatau elektroforus, atau dapat pula kejadian ini malah merusak seperti dalampelepasan listrik statis.

Bahan dielektrik khusus yang disebut elektret dapat menyimpan muatan listrik cukup lama,

hampir seperti magnet yang mampu menyimpan medan magnet.

Beberapa bahan dielektrik mampu menghasilkan potensial listrik ketika mengalamitekanan, atau dapat berubah bentuk ketika diberi potensi listrik. Sifat ini disebut sebagai

sifatpiezoelektrik. Bahan piezoelektrik merupakan jenis dielektrik yang sangat berguna

dalam berbagai alat.

Beberapa bahan dielektrik dalam bentukkristal ion danpolimermemiliki momen dwikutub

sendiri, yang dapat dimodifikasi oleh medan listrik dari luar. Perilaku ini disebut efek

feroelektrik. Bahan-bahan ini berperilaku seperti bahan feromagnetikketika terpapar

medan magnet. Bahan feroelektrik sering kali memiliki konstanta dielektrik yang sangatbesar, sehingga bahan-bahan jenis ini sangat berguna dalam pembuatan kapasitor.

Referensi

Classical Electrodynamics,John David Jackson Published by Wiley,1998ISBN7130932X,780471309321

1. ^Dielectric. Encyclopedia Britannica

2. ^ab"Dielectrics (physics)".Britannica. (2009). 1. Online. Diakses pada 2009-08-12.

3. ^Arthur R. von Hippel, dalam salah satu karyanya,Dielectric Materials and

Applications, menyatakan: "Bahan-bahan dielektrik... bukanlah termasuk kelas bahan yang

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Isolator&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Porselenhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kacahttp://id.wikipedia.org/wiki/Plastikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Udarahttp://id.wikipedia.org/wiki/Nitrogenhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Belerang_hexafluoride&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Gashttp://id.wikipedia.org/wiki/Transformerhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Tegangan_tinggi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Efek_tribolistrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Generator_Van_De_Graff&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Generator_Van_De_Graff&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektroforus&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Listrik_statis&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektret&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Tekananhttp://id.wikipedia.org/wiki/Piezoelektrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kristalhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://id.wikipedia.org/wiki/Polimerhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Feroelektrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Feromagnetismehttp://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-0http://www.britannica.com/EBchecked/topic/162630/dielectrichttp://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-britannica1_1-0http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-britannica1_1-1http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-britannica1_1-1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=2009-08-12&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=2009-08-12&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-2http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Arthur_R._von_Hippel&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Isolator&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Porselenhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kacahttp://id.wikipedia.org/wiki/Plastikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Udarahttp://id.wikipedia.org/wiki/Nitrogenhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Belerang_hexafluoride&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Gashttp://id.wikipedia.org/wiki/Transformerhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Tegangan_tinggi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Efek_tribolistrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Generator_Van_De_Graff&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Generator_Van_De_Graff&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektroforus&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Listrik_statis&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektret&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Tekananhttp://id.wikipedia.org/wiki/Piezoelektrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kristalhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://id.wikipedia.org/wiki/Polimerhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Feroelektrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Feromagnetismehttp://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-0http://www.britannica.com/EBchecked/topic/162630/dielectrichttp://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-britannica1_1-0http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-britannica1_1-1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=2009-08-12&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=2009-08-12&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-2http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Arthur_R._von_Hippel&action=edit&redlink=1

7/31/2019 dielektr

13/13

biasa disebut isolator, namun bahan-bahan non-metalini dilihat dari sifat interaksinya

dengan kelistrikan, kemagnetan, atau medan elektromagnetik--Jadi bahan-bahan gas, cair,

dan padat dapat juga termasuk dielektrik--juga karena kemampuannya menyimpan danmelepaskan kembali energi listrik dan magnetik." (Technology Press of MIT and John

Wiley, NY, 1954).

4.^ J. Daintith (1994).Biographical Encyclopedia of Scientists. CRC Press. hlm. 943.ISBN0750302879.

5. ^ P. Debye (1913), Ver. Deut. Phys. Gesell. 15, 777; reprinted 1954 in collected

papers of Peter J.W. Debye Interscience, New York

6. ^Templat:Ref patent

http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-3http://id.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Book_Numberhttp://id.wikipedia.org/wiki/Istimewa:Sumber_buku/0750302879http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-4http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-5http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Templat:Ref_patent&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-3http://id.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Book_Numberhttp://id.wikipedia.org/wiki/Istimewa:Sumber_buku/0750302879http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-4http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik#cite_ref-5http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Templat:Ref_patent&action=edit&redlink=1