ABSTRAK
Pada praktikum konstanta dielektrik berbagai bahan kali ini praktikan akan
menentukan hubungan antara muatan Q dengan tegangan U yang diukur dengan
menggunakan pelat kapasitor dan menentukan konstanta listrik (€o) yang
ditentukan dari hubungan yang diukur pada point I,serta menentukan nilai Q
dengan praktikum kebergantungan muatan induksi pada tegangan.Teori yang
mendasari praktikum konstanta dielektrik berbagai bahan ini adalah teori
konstanta listrik atau tetapan listrik,kapasitansi dari pelat kapasitor,konstanta
dielektrik,polarisasi dielektrik dan persamaan Maxwell.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Bahan dielektrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang
sangat kecil atau bahkan hampir tidak ada.Ketika bahan ini berada dalam medan
listrik,muatan listrik yang terkandung didalamnya tidak mengalami pergerakan
sehingga tidak akan timbul arus seperti bahan konduktor ataupun
semikonduktor,tetapi hanya sedikit bergeser dari posisi setimbangnya yang akan
mengakibatkan terciptanya pengutuban dielektrik. Pengutuban tersebut
meneyebabkan muatan positif bergerak menuju kutub negatif. Hal ini
menimbulkan medan listrik internal yang menyebabkan jumlah medan listrik yang
melingkupi bahan dielektrik menurun. Oleh karena itu praktikan akan menentukan
konstanta dielektrik serta hubungannya dengan besaran lain yang berpengaruh
seperti muatan dan potensial.
1.2 IDENTIFIKASI MASALAH
Apa hubungan tetapan Maxwell dengan praktikum konstanta dielektrik
berbagai bahan ?
Bagaimana menentukan hubungan antara muatan dan tegangan melalui
pelat kapasitor ?
Bagaimana cara menenentukan konstanta listrik dari hubungan yang
diukur pada point satu ?
1.3 TUJUAN PERCOBAAN
1. Menentukan hubungan antara muatan dan tegangan melalui pelat kapasitor.
2. Menentukan konstanta dielektrik berbagai bahan.
3. Menentukan hubungan muatan dan potensial menggunakan pelat dengan bahan
dielektrik diantara kedua pelat.
BAB II
TEORI DASAR
2.1 Kapasitor
Kapasitor banyak digunakan dalam sirkit elektronik dan mengerjakan
berbagai fungsi. Pada dasarnya kapasitor merupakan alat penyimpan muatan
listrik yang dibentuk dari dua permukaan (piringan) yang berhubungan, tetapi
dipisahkan oleh suatu penyekat. Bila elektron terpisah dari suatu plat ke plat yang
lain, akan terdapat muatan diantara mereka pada medium penyekat tadi. Muatan
ini disebabkan oleh muatan positif pada plat yang kehilangan elektron dan muatan
negatif pada plat yang memperoleh elektron.
Dari keterangan diatas ditarik kesimpulan bahwa kapasitor dapat dibentuk
dimanapun asalkan kondisi diatas terpenuhi. Dengan kata lain, kapasitor dapat
dibuat berdasarkan cara ini dan kapasitor “yang tidak diharapkan” juga dapat
ditemukan di tempat-tempat tertentu, seperti pada dua jalur kabel terpisah yang
bekerjasama atau pertemuan alat semikonduktor. [1]
Gambar Simbol Kapasitor ..... (1)
2.2Kapasitansi
Muatan (bersimbol Q) diukur dengan satuan coulomb dan kapasitor
memperoleh muatan listrik akan mempunyai tegangan antar terminal sebesar V
volt.
Kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan disebut kapasitansi
(bersimbol C). Kapasitansi ini diukur berdasarkan besar muatan yang dapat
disimpan pada suatu kenaikan tegangan. Kapasitansi diukur dalam satuan farad
(bersimbol F)
.... (2)
C = Kapasitansi
Q = Muatan
V = Tegangan
Sebuah kapasitor mempunyai kapasitansi 1F kalau muatan sebesar 1C
membuat tegangannya naik sebesar 1V. Namun, farad ternyata terlampau besar,
sehingga digunakan microfarad dan satuan yang lebih kecil lainnya. [2]
2.3 Konstanta Dielektrik
Konstanta dielektrik adalah sebuah konstanta dalam ilmu fisika.
Konstanta ini melambangkan rapatnya fluks elektrostatik dalam suatu bahan bila
diberi potensial listrik. Konstanta dielektrik merupakan perbandingan energi
listrik yang tersimpan pada bahan tersebut jika diberi sebuah potensial, relatif
terhadap vakum (ruang hampa).Konstanta dielektrik dilambangkan dengan εr atau
kadang-kadang , K, atau Dk. Secara matematis konstanta dielektrik suatu bahan
didefinisikan sebagai :
.... (3)
Dimana εs merupakan permitivitas statis dari bahan tersebut,
dan ε0 adalah permitivitas vakum . Permitivitas vakum diturunkan dari persamaan
Maxwell dengan menghubungkan intensitas medan listrik dengan kerapatan fluks
listrik Di vakum (ruang hampa), permitivitas ε sama dengan ε0, jadi konstanta
dielektriknya adalah 1.
Permitivitas relatif dari sebuah medium berhubungan dengan kerentatan
listriknya, melalui persamaan :
..... (4)
2.4 Polarisasi dalam Bahan Dielektrik
Polarisasi dalam Bahan Dielektrik atau yang bisa disebut Dielektrisitas
adalah karakter tingkatan suatu bahan dielektrik apabila terpolarisasi oleh medan
listrik. Apabila suatu bahan dielektrik dipengaruhi medan listrik, maka muatan
negatif dalam bahan dielektrik akan ditarik ke arah yang berlawanan dengan arah
medan listrik, sedangkan muatan positif ditarik ke arah yang searah dengan arah
medan listrik, sehingga muatan positif dan negatif terpisah atau disebut juga
dengan peristiwa terpolarisasi.
Dielektrisitas suatu bahan akan meningkat jika jarak antar atom semakin
kecil dan volume Kristal menjadi lebih kecil sehingga ikatannya akan semakin
kuat dan elektron semakin tidak mudah terlepas dari inti. Sifat dielektris terdapat
pada bahan non sentrosimetri yaitu bahan yang memiliki momen simetrinya > 0.
Permitivitas relatif suatu dielektrik atau disebut juga konstanta dielektrik K
didefinisikan sebagai ukuran dari kemampuan material untuk menyimpan muatan.
Sumber Polarisasi dapat berasal dari polarisasi elektronik, polarisasi ionik,
orientasi dan muatan ruang (space charge), yang akan dijelaskan sebagai berikut.
A. Polarisasi Elektronik
Polarisasi elektronik terjadi pada semua jenis dielektrik. Polarisasi ini
terjadi karena pergeseran awan elektron pada atom atau molekul karena adanya
medan listrik. Pusat muatan listrik positif dan negatif yang semula berhimpit
menjadi terpisah sehingga terbentuk dipol. Pemisahan titik pusat muatan ini
berlangsung sampai terjadi keseimbangan dengan medan listrik yang
menyebabkannya. Dipol yang terbentuk merupakan dipol tidak permanen artinya
dipol terbentuk selama ada pengaruh medan listrik saja.
B. Polarisasi Ionik
Polarisasi Ionik hanya teramati pada material dengan ikatan ion. Polarisasi
terjadi karena pergeseran ion-ion yang berlawanan tanda karena pengaruh medan
listrik.
Dipol yang terbentuk dalam polarisasi ionik merupakan dipol tidak
permanen. Polarisasi ionik terjadi lebih lambat dari polarisasi elektronik. Apabila
diberikan medan searah, diperlukan waktu lebih lama untuk mencapai keadaan
seimbang. Demikian pula jika medan dihilangkan posisi ion akan kembali pada
posisi semula dalam waktu lebih lama dari polarisasi elektronik.
C. Polarisasi Orientasi
Polarisasi ini terjadi pada material yang memiliki molekul asimetris yang
membentuk momen dipole permanen. Dipole-dipole permanen ini akan cenderung
mengarahkan diri sejajar dengan medan listrik; namun tidak semua dipole akan
sejajar dengan arah medan.
D. Polarisasi Muatan ruang
Polarisasi muatan ruang terjadi karena pemisahan muatan-muatan ruang,
yang merupakan muatan-muatan bebas dalam ruang dielektrik. Dengan proses ini
terjadi pengumpulan muatan sejenis di dua sisi dielektrik. Polarisasi ini
berlangsung lebih lambat lagi dan pada waktu medan listrik dihilangkan muatan
ruang dapat menempati posisi yang baru, tidak seluruhnya kembali pada posisi
awal. [3]
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 ALAT dan BAHAN PERCOBAAN
1. Pelat Kapasitor d = 260 nm
Sebagai objek yang diamati
2. Pelat plastik , 283 x 283 m
Sebagai objek yang diamati
3. Pelat f current konduktor
Sebagai objek yang diamati
4. Resistor 10 ohm
Penghambat rangkaian
5. Universal Measuring Ampiflier
Untuk mengukur penguatan
6. Power Supply 0-10 KV
Sebagai sumber tegangan
7. Voltmeter 0,3-300 VDC , 10-300 VAC
Sebagai alat ukur tegangan
8. Kabel koneksi hijau-kuning 100 mm
Sebagai penghubung rangkaian
9. Kabel koneksi merah 500 mm
Sebagai penghubung rangkaian
10. Kabel koneksi biru 500 nm
Sebagai penghubung rangkaian
11. Kabel Screened , BNC , 750 mm
Sebagai penghubung rangkaian
12. Adapter BNC 50 , 4mm
Sebagai sumber daya
3.2 Prosedur PercobaanA.Menentukan Konstanta Listrik €o
1.Menentukan luas penampang kapasitor (A) yang diketahui d = 260nm
2.Mengatur tegangan Uc pada 1,5KV
3.Mengatur jarak pelat kapasitor sekecil mungkin (1mm) dan mengukur tegangan
V dan Q
4.Memvariasikan jarak d (d=1,5 ;2,0 ;3,0 ;dan 3,5mm) dan melakukan
pengukuran seperti point kedua.
5.Dengan menggunakan data yang diperoleh untuk menghitung €o
B.Kebergantungan Muatan Induksi pada Tegangan
1.Mengukur jarak antar pelat d = 2mm
2.Mengukur tegangan V (volt) dengan pemberian Uc sebesar
0,5 ;1,0 ;1,5 ;2,0 ;2,5;3,0 ;3,5 KV
3.Menentukan nilai Q
4.Dengan menggunakan data yang diperoleh untuk menghitung €o
BAB IV
PEMBAHASAN4.1 DATA PERCOBAAN
Uc = 1500 V
d(m) Uc(V) Utotal0,001 1500 0,0380,0015 1500 0,0240,002 1500 0,0220,0025 1500 0,020,003 1500 0,020,0035 1500 0,02
Uc = 2000 V
d(m) Uc(V)Utotal
0,001 2000 0,020,0015 2000 0,02
0,002 20000,018
0,0025 20000,018
0,003 20000,018
0,0035 20000,018
Uc = 2500 V
d(m) Uc(V)Utotal
0,001 25000,018
0,0015 25000,018
0,002 25000,018
0,0025 25000,018
0,003 25000,018
0,0035 25000,018
Uc = 3000 V
d(m) Uc(V)Utotal
0,001 30000,018
0,0015 30000,018
0,002 30000,018
0,0025 30000,018
0,003 30000,018
0,0035 30000,018
B. Kebergantungan Muatan Induksi Induksi pada tegangan
d = 2mm
d(m) Uc(V)Utotal
0,002 500 0,020,002 1000 0,02
0,002 15000,022
0,002 20000,022
0,002 25000,024
0,002 30000,026
0,002 35000,026
d= 7mm
d(m) Uc(V)Utotal
0,007 500 0,020,007 1000 0,020,007 1500 0,020,007 2000 0,020,007 2500 0,020,007 3000 0,020,007 3500 0,02
d = 12mm
d(m) Uc(V)Utotal
0,012 5000,018
0,012 1000 0,020,012 1500 0,020,012 2000 0,020,012 2500 0,020,012 3000 0,020,012 3500 0,02
d = 17 mm
d(m) Uc(V)Utotal
0,017 5000,018
0,017 1000 0,020,017 1500 0,020,017 2000 0,020,017 2500 0,020,017 3000 0,020,017 3500 0,02
4.2 PENGOLAHAN DATA PERCOBAAN
A.Menentukan Konstanta Listrik
C=220 nF = 0.22 .10−6 F
;ε 0=Q. d
A .Uc
Q=U × C
Uc = 1500 V
d(m) Uc(V)Utotal Q(coulomb) εo
0,001 1500 0,038 8,36E-091,04979E-
13
0,0015 1500 0,024 5,28E-099,94538E-
14
0,002 1500 0,022 4,84E-091,21555E-
130,0025 1500 0,02 4,4E-09 1,3813E-13
0,003 1500 0,02 4,4E-091,65756E-
130,0035 1500 0,02 4,4E-09 1,93382E-
13
Uc = 2000 V
d(m) Uc(V)Utotal Q(coulomb) εo
0,001 2000 0,02 4,4E-094,14391E-
14
0,0015 2000 0,02 4,4E-096,21586E-
14
0,002 2000 0,018 3,96E-097,45903E-
14
0,0025 2000 0,018 3,96E-099,32379E-
14
0,003 2000 0,018 3,96E-091,11885E-
13
0,0035 2000 0,018 3,96E-091,30533E-
13
Uc = 2500 V
d(m) Uc(V)Utotal Q(coulomb) εo
0,001 2500 0,018 3,96E-092,98361E-
14
0,0015 2500 0,018 3,96E-094,47542E-
14
0,002 2500 0,018 3,96E-095,96723E-
14
0,0025 2500 0,018 3,96E-097,45903E-
14
0,003 2500 0,018 3,96E-098,95084E-
14
0,0035 2500 0,018 3,96E-091,04426E-
13
Uc = 3000 V
d(m) Uc(V)Utotal Q(coulomb) εo
0,001 3000 0,018 3,96E-092,48634E-
14
0,002 3000 0,018 3,96E-093,72952E-
14
0,002 3000 0,018 3,96E-094,97269E-
14
0,003 3000 0,018 3,96E-096,21586E-
14
0,003 3000 0,018 3,96E-097,45903E-
140,0035 3000 0,018 3,96E-09 8,7022E-14
B. Kebergantungan Muatan Induksi Pada Tegangan
d = 2 mm
d(m) Uc(V)Utotal Q(coulomb) εo
0,002 500 0,02 4,4E-093,31513E-
13
0,002 1000 0,02 4,4E-091,65756E-
13
0,002 1500 0,022 4,84E-091,21555E-
13
0,002 2000 0,022 4,84E-099,11659E-
140,002 2500 0,024 5,28E-09 7,9563E-14
0,002 3000 0,026 5,72E-097,18277E-
14
0,002 3500 0,026 5,72E-096,15666E-
14
d = 7 mm
d(m) Uc(V)Utotal Q(coulomb) εo
0,007 500 0,02 4,4E-091,16029E-
12
0,007 1000 0,02 4,4E-095,80147E-
13
0,007 1500 0,02 4,4E-093,86765E-
13
0,007 2000 0,02 4,4E-092,90073E-
13
0,007 2500 0,02 4,4E-092,32059E-
13
0,007 3000 0,02 4,4E-091,93382E-
13
0,007 3500 0,02 4,4E-091,65756E-
13
d = 12 mm
d(m) Uc(V)Utotal Q(coulomb) εo
0,012 500 0,018 3,96E-091,79017E-
12
0,012 1000 0,02 4,4E-099,94538E-
13
0,012 1500 0,02 4,4E-096,63025E-
13
0,012 2000 0,02 4,4E-094,97269E-
13
0,012 2500 0,02 4,4E-093,97815E-
13
0,012 3000 0,02 4,4E-093,31513E-
13
0,012 3500 0,02 4,4E-092,84154E-
13
d = 17 mm
d(m) Uc(V)Utotal Q(coulomb) εo
0,017 500 0,018 3,96E-092,53607E-
12
0,017 1000 0,02 4,4E-091,40893E-
12
0,017 1500 0,02 4,4E-099,39285E-
13
0,017 2000 0,02 4,4E-097,04464E-
13
0,017 2500 0,02 4,4E-095,63571E-
13
0,017 3000 0,02 4,4E-094,69643E-
13
0,017 3500 0,02 4,4E-094,02551E-
13
GRAFIK
0.000 0.001 0.002 0.003 0.0040
0.0000000010.0000000020.0000000030.0000000040.0000000050.0000000060.0000000070.0000000080.000000009
f(x) = − 1.30742857142857E-06 x + 8.22171428571429E-09R² = 0.623041474654378
Grafik Hubungan Q terhadap d
Q(coulomb)Linear (Q(coulomb))
d(m)
Q (C
oulo
mb)
0 1000 2000 3000 40000
0.000000001
0.000000002
0.000000003
0.000000004
0.000000005
0.000000006
0.000000007
f(x) = 5.02857142857143E-13 x + 4.02285714285714E-09R² = 0.941176470588235
Grafik Hubungan Q terhadap Uc
Series2Linear (Series2)
Uc (V)
Q (
Coul
omb
)
4.3 ANALISA PERCOBAAN
Pada parktikum kali ini praktikan akan menentukan konstanta listrik €o
dan melakukan praktikum kebergantungan Muatan Induksi pada
Tegangan.Didalam praktikum ini praktikan akan menentukan nilai konstanta
listrik €o dan juga menentukan nilai muatan Q.Untuk menentukan dan
mendapatkan €o digunakan rumus ε 0=Q. d
A .Uc dan untuk menentukan dan
mendapatkan nilai muatan Q digunakan rumus Q = Uc x C.
Untuk hasil grafik nilai muatan Q terhadap jarak d yang didapatkan
praktikan,grafik tersebut berbanding lurus dengan benar secara teori.Jika nilai Q
kecil dan nilai d besar maka nilai Q akan semakin kecil,karena nilai Q berbanding
terbalik dengan d.Maka hasil yang didapatkan Q akan semakin kecil dan grafik
yang didapatkan praktikan terbukti benar secara teori.
Dan untuk hasil grafik nilai muatan Q terhadap Uc didapatkan hasil grafik
yang naik dengan konstan.Hasil grafik yang didapatkan praktikan terbukti benar
secara teori karena teori nya adalah Q = Uc x C.Jika Uc mempunyai nilai yang
besar maka nilai muatan Q akan mempunyai hasil yang besar juga.
BAB V
SIMPULANV.1 SIMPULAN
1. Untuk menentukan konstanta listrik digunakan rumus :
ε 0=Q.dA .Uc
2.Untuk menentukan muatan Q digunakan rumus :
Q = Uc x C
3.Untuk nilai Uc dan d sudah ditentukan oleh modul praktikum Eksperimen I B.
DAFTAR PUSTAKA
[1] http://elektrojiwaku.blogspot.com/2011/03/teori-kapasitor.html
[2] http://id.wikipedia.org/wiki/Konstanta dielektrik
[3] http://deastrea.blogspot.com/2011/12/teori-dielektrisitas.html