Sifat dielektrik

1. Mengenal Sifat Material
#4 Sifat Listrik Dielektrik

3. Karakteristik Dielektrik

4. Sifat Listrik Dielektrik - Karakteristik Dielektrik
Faktor Desipasi
Dielektrik digunakan pada kapasitor dan sebagai bahan isolasi
Permitivitas relatif didefinisikan sebagai rasio permitivitas dielektrik ( )
dengan permitivitas ruang hampa ( 0)
r
0
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
A A A
C0 0
berubah menjadi C 0 r
C0 r
d d d
dielektrik meningkatkan kapasitansi sebesar r kali

5. Sifat Listrik Dielektrik - Karakteristik Dielektrik
Diagram fasor kapasitor
Desipasi daya (menjadi panas):
im P V C I Rp V C I C tan
Itot
IC
tan : faktor desipasi
(loss tangent)
re
IRp VC P r
V 0 ω C V 0 tan
2
2 πf V0 C r
tan
r tan : faktor kerugian
(loss factor)

6. Sifat Listrik Dielektrik - Karakteristik Dielektrik
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.

7. Sifat Listrik Dielektrik - Karakteristik Dielektrik
Kekuatan Dielektrik [6]
600
udara 400 psi SF6 100 psi
500
Tegangan tembus [kV]
400
High Vacuum
300
Minyak Trafo
Porselain
200
SF6 1 atm
100
udara 1 atm
0
0 0.51 1.03 1.55 2,13 2,54
Jarak elektroda [m] X 10 2

8. Polarisasi

9. Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
Dua Pelat Paralel
0
Tanpa dielektrik :
+ + +
V Q0 / C0 Q0 0
E0 d E
d d 0 A 0
d
d
Dengan dielektrik :
+ + + + V Q /C Q
E d E
+ + + +
d d 0 r A 0 r
d
+ + + + + + + d
0 0 r E 0 E 0 E r 1 P
timbul karena terjadi Polarisasi
Polarisasi : total dipole momen listrik per satuan volume
Dipole listrik : p e qr

10. Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
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.
Induksi momen dipole oleh
+ + + + medan lokal Elok adalah
+ + + + p mol E lok
E + + + + polarisabilitas
+ + + + P N E lok
+ + + + + + + jumlah molekul per satuan volume
N E lok
P N E lok 0 E r 1 r
1
0 E

11. Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
4 macam polarisasi
ada medan
tak ada medan E
a. polarisasi elektronik :
Teramati pada semua dielektrik.
Terjadi karena pergeseran awan elektron
pada tiap atom terhadap intinya.

12. Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
4 macam polarisasi
ada medan
tak ada medan
E
+ + + +
b. polarisasi ionik :
+ +
+ + + +
Terjadi karena pergeseran ion-ion
yang berdekatan dan berlawanan
muatan.
Hanya ditemui pada material ionik.

13. Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
4 macam polarisasi
ada medan
tak 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.

14. Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
4 macam polarisasi
d. polarisasi muatan ruang :
ada medan
tak ada medan
E
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + +
+ + + + + +
Terjadi pengumpulan muatan di
perbatasan dielektrik.

15. r Tergantung Pada
Frekuensi Dan Temperatur

16. Sifat Listrik 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.

17. Sifat Listrik Dielektrik - r Tergantung Pada Frekuensi Dan Temperatur
elektronik
ionik
orientasi
muatan ruang
P; muatan ruang
r
orientasi
ionik
elektronik
absorbsi;
loss factor
power audio radio infra cahaya
merah tampak frekuensi
frekuensi listrik frekuensi optik

18. Sifat Listrik Dielektrik - r Tergantung Pada Frekuensi Dan Temperatur
20 5 102 cps
104 cps
15
r
10 8 102 cps
5
0
0 100 200 300 400
oC
silica glass [6]

19. Kehilangan Energi

20. Sifat Listrik Dielektrik - Kehilangan Energi
Diagram fasor kapasitor
Desipasi daya (menjadi panas):
im P V C I Rp V C I C tan
Itot
IC
tan : faktor desipasi
(loss tangent)
P r
V 0 ω C V 0 tan
2
re 2 πf V0 C r
tan
IRp VC
r tan : faktor kerugian
(loss factor)

21. Course Ware
Mengenal Sifat Material
#4 Sifat Listrik Dielektrik
Sudaryatno Sudirham