2. POLARISASI
Dielectric
Bahan ditinjau dari sifat kelistriknya dapat dikelompokkan
sebagai bahan isolator/dielektrik, semikonduktor, dan
konduktor
Bahan dielektrik
Bahan dielektrik ada dua jenis, yakni polar dan non-
polarAtom yang terpolarisasi memiliki momen dipole
listrik
Molekul dielektrik polar berarti bahwa molekul dielektrik
tersebut dalam keadaan tanpa medan listrik, antara
elektron dan intinya telah membentuk dipole
Molekul dielektrik non-polar ketika tidak ada medan listrik
anatara elektron dan inti tidak tampak sebagai dua
muatan terpisah.
3. POLARISASI
Induced dipole
Atom yang berada didalam medan seragam, inti atom
terdorong searah E dan elektron akan bergeser
berlawanan arah medan E (gambar 4.1 & 4.2)
Jika medannya tidak terlalu kuat maka akan terjadi
kesetimbangan (equalibrum) antara medan luar dan
medan akibat induksi sehingga atom akan terkutub
(terpolarisasi)
Atom yang terpolarisasi memiliki momen dipole listrik
p E
Polarisabilitas
4. Karena pengaruh gerak random termal, tidak semua
momen dipole mengalami pensejajaran, secara
mikroskopis,
P
dp p Pd
d atau
Apabila medan luar terlalu besar, maka akan
menyebabkan terjadinya ionisasi.
Jika medan listrik (E) pada arah sembarangan, maka
medan p E ||E|| dalam komponen sejajar dan tegak
itu dinyatakan
lurus, sehingga
p x xxE x xyE y| xxE z|
Untuk molekul yang simetris, maka
p E E E
y yx x yy y| xy z|
ij polarisability tensor
p z zx E x zy E y| zz E z|
5. POLARISASI
Alignment of Polar Molecules
Molekuler Polar adalah momen dipole permanen
meskipun tidak berada dalam mendan E, sebagai contoh
(gambar 4.4 )
Jika molekul polar berada di medan listrik seragam,
maka kedua muatan akan mendapatkan gaya coluomb
F=qE, dan membentuk torsi:
s s
N (r F ) (r F ) (qE) (qE) qs E
2 2
N pE
Torsi yang dihasilkan sebuah momen dipole dinyatakan
6. THE FIELD OF A POLARIZED OBJECT
Bound Charge
Dipole tunggal besar potensialnya adalah
1 r p
ˆ
V
4 o r 2
setiap elemen volume terdapat Pd
p , maka
1 pr ˆ
V
4 o r 2 d
ˆ
dengan mengingat 1
r
sehingga :
r r2
1 1
4 o
V p d
r
7. Dengan menggunakan aturan ( fA) f ( A) A(f ) didapat
1
V
1 1
r P d r Pd
4 o
Dengan teorema divergensi V )d V da
( 1
P ;
volume surface r
pada suku pertama sebagai V maka
1 1
r 4 o r P d
1 1
V P da
4 o
1 (P n )
ˆ
r P d
1 1
V
4 o r da
4 o
suku pertama muatan berdistribusi permukaan dan suku
kedua portensial listrik berdistribusi volume, sehingga;
1 1 1 1
V
4 o r b da 4 o r b d
8. THE ELECTRIC DISPLACEMENT
Gauss’s Law in the Presence of Dielectrics
Muatan total didalam bahan b f
sehingga hukum
Gauss dalam bahan dielektrik dapat ditulis menjadi,
o E b f P f
( o E P) f atau D f
dalam bentuk integral
D da Q fc dim ana D ε o E P
Qf
D disebut medan pergeseran listrik dan sebagai c
sumber medan pergesaran listrik, yaitu muatan bebas
total yang berada didalam volume.
9. LINEAR DIELECTRICS
Susceptibility, Permittivity, Dielectric Constant
Polarisasi sebanding dengan medan listrik luar untuk medan yang
tidak terlalu besar
P εoχ e E χ e = suseptibilitas listrik dari medium
Medan listrik dalam bahan dielektrik;
D ε o E P ε o E ε o χ e E ε o (1 χ e )E
D εE
dimanaε disebut permitivitas bahan. Di dalam vakum tidak ada
εo
bahan yang terpolarisasi, sehingga suseptibilatasnya nol dan
permitiviatasnya
10. LINEAR DIELECTRICS
Energy in Dielectric Systems
1
Kerja yang terjadi di dalam kapasitor CV 2
W
2
Jika kapasitor diisi bahan dielektrik KCo
C
Energi yang tersimpan di dalam sistem elektrostatistika
o 2
W E d
2
o 1
2
W KE 2 d D Ed (kapasitor berisi
dielektrik) 2
f
Jika sebuah dielektrik dimasukkan ke dalam kapasitor
maka akan terjadi penambahan muatan , maka
kerja yang dibutuhkan untuk pengisian muatan bebas
W ( f )Vd
11. LINEAR DIELECTRICS
Energy in Dielectric Systems
Karena D f maka f (D) sehingga
W ( (D))Vd
Dengan menggunakan( fA) f ( A) A(f )
maka
(DV) (D) V D (V )
W (Dv)d (Dv) Ed
f
Maka kerja untuk mengisi muatan sebesar
W (D) Ed
Bila bahan pengisi kapasitor adalah bahan dielektrik linear,
D εE
yang berlaku maka
1 1
(D E) (εε 2 ) ε(E) E (D) E
2 2
12. LINEAR DIELECTRICS
Energy in Dielectric Systems
Sehingga W 1 D Ed
2
Kerja total W 1 D Ed
2