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