Mengenal Sifat Material

Sifat Listrik Dielektrik

Karakteristik Dielektrik

Dielektrik digunakan pada kapasitor dan sebagai bahan isolasi

Permitivitas relatif didefinisikan sebagai rasio permitivitas dielektrik () dengan permitivitas ruang hampa (0)

0 r

Jika suatu dielektrik yang memiliki permitivitas relatif r disisipkan antara dua pelat kapasitor yang memiliki luas A dan jarak antara kedua pelat adalah d , maka kapasitansi yang semula

00 d

AC berubah menjadi rr C

d

A

d

AC 00

dielektrik meningkatkan kapasitansi sebesar r kali

Faktor Desipasi

Diagram fasor kapasitor

im

reIRp

IC

Itot

VC

tanCCRpCP IVIV

Desipasi daya (menjadi panas):

tan : faktor desipasi (loss tangent)

tanπ2

tanω2

0

00

r

r

Cf

CP

V

VV

r tan : faktor kerugian

(loss factor)

Kekuatan Dielektrik

Gradien tegangan maksimum yang masih dapat ditahan oleh dielektrik sebelum terjadi tembus listrik

Nilai kekuatan dielektrik secara eksperimen sangat tergantung dari ukuran spesimen, elektroda, serta

prosedur percobaan

Tembus listrik diawali oleh hdirnya sejumlah elektron di pita konduksi. Elektron ini mendapat percepatan oleh adanya medan listrik yang tinggi sehingga memperoleh energi kinetik yang tinggi. Sebagian

energi ini ditransfer ke elektron valensi sehingga elektron valensi naik ke pita konduksi. Jika jumlah elektron ini cukup banyak maka akan

terjadi avalans elektron di pita konduksi. Arus meningkat dengan cepat sehingga terjadi peleburan lokal, terbakar, atau penguapan.

Elektron awal bisa hadir oleh beberapa sebab: discharge antara elektroda tegangan tinggi dengan permukaan dielektrik yang terkontaminasi, pori-

pori berisi gas dalam dielektrik, pengotoran oleh atom asing.

Jarak elektroda [m] X 102

Tega

ngan

tem

bus

[kV

]

100

0

200

300

400

500

600

0 0.51 1.03 1.55 2,13 2,54

udara 1 atm

udara 400 psi SF6 100 psi

SF6 1 atm

Porselain

Minyak Trafo

High Vacuum

[6]Kekuatan Dielektrik

Polarisasi

0

0

0

000 /

dd

AQ

d

CQ

d

VE

Tanpa dielektrik :

qre p

E0

+ + +

d

0

++

+ + + + + + +

d

E++

++

++

Dipole listrik :

timbul karena terjadi Polarisasi

rr dd

AQ

d

CQ

d

VE

00

/

Dengan dielektrik :

10000 rr EEE

Polarisasi : total dipole momen listrik per satuan volume

P

Dua Pelat Paralel

Molekul di dalam dielektrik mengalami pengaruh medan listrik yang lebih besar dari medan listrik yang diberikan dari luar. Medan listrik yang dialami oleh molekul ini disebut medan lokal.

++

+ + + + + + +

E

++

++

++

++

++

++

++

Induksi momen dipole oleh medan lokal Elok adalah

lokmol E p

polarisabilitas

lokEN P

jumlah molekul per satuan volume

1 0 rlok EEN P E

EN lokr

0

1

4 macam polarisasi

a. polarisasi elektronik :

tak ada medan

ada medan

E

Teramati pada semua dielektrik.

Terjadi karena pergeseran awan elektron pada tiap atom terhadap intinya.

4 macam polarisasi

tak ada medanada medan

E

b. polarisasi ionik :+

+

+

++

+

+

+

++

Terjadi karena pergeseran ion-ion yang berdekatan dan berlawanan muatan.

Hanya ditemui pada material ionik.

4 macam polarisasi

tak ada medan

ada medan

E

c. polarisasi orientasi :

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Terjadi pada material padat dan cair yang memiliki molekul asimetris yang momen dipole permanennya dapat diarahkan oleh medan listrik.

4 macam polarisasi

tak ada medanada medan

E

d. polarisasi muatan ruang :

+ + ++ +

+ + + ++ +

+ + +

+ + ++ +++

+ +

++ +

++

+

Terjadi pengumpulan muatan di perbatasan dielektrik.

r Tergantung Pada

Frekuensi Dan Temperatur

Dalam medan bolak-baik, polarisasi total P, polarisabilitas total , dan r, tergantung dari kemudahan dipole untuk mengikuti medan

yang selalu berubah arah tersebut.

Dalam proses mengikuti arah medan tersebut, waktu yang dibutuhkan oleh dipole untuk mencapai orientasi keseimbangan disebut waktu relaksasi.

Kebalikan dari waktu relaksasi disebut frekuensi relaksasi.

Jika frekuensi dari medan yang diberikan melebihi frekuensi relaksasi, dipole tidak cukup cepat untuk mengikutinya, dan proses orientasi berhenti.

Karena frekuensi relaksasi dari empat macam proses polarisasi berbeda-beda, maka kontribusi dari masing-masing proses pada polarisasi keseluruhan dapat diamati.

frekuensi listrik frekuensi optik

frekuensipower audio radio infra merah

cahaya tampak

P; r

absorbsi; loss factor

muatan ruang

orientasi

ionikelektronik

orientasi

muatan ruang

ionikelektronik

r

oC

5102 cps

104 cps

8102 cps

5

10

15

20

0

0 100 200 300 400

silica glass [6]

Kehilangan Energi

tan : faktor desipasi (loss tangent)

Diagram fasor kapasitor

im

reIRp

IC

Itot

VC

tanCCRpCP IVIV

Desipasi daya (menjadi panas):

tanπ2

tanω2

0

00

r

r

Cf

CP

V

VV

r tan : faktor kerugian

(loss factor)

Course Ware

Mengenal Sifat MaterialSifat Listrik Dielektrik

Sudaryatno Sudirham