Sifat Listrik Dielektrik

Mengenal Sifat Material
Sifat Listrik Dielektrik
Karakteristik Dielektrik
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
C0 
A
0
d
berubah menjadi
A
A
C     0 r  C0 r
d
d
dielektrik meningkatkan kapasitansi sebesar r kali
Sifat Listrik Dielektrik - Karakteristik Dielektrik
Diagram fasor kapasitor
Desipasi daya (menjadi panas):
P  VC I Rp  VC I C tan 
im
Itot
IC
tan : faktor desipasi

(loss tangent)
IRp
VC
re
P   r V0 ωC V0 tan 
 2 πf V0 C r tan 
2
r tan : faktor kerugian
(loss factor)
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, poripori berisi gas dalam dielektrik, pengotoran oleh atom asing.
Sifat Listrik Dielektrik - Karakteristik Dielektrik
600 
Kekuatan Dielektrik
udara 400 psi
[6]
SF6 100 psi
Tegangan tembus [kV]
500 
400 
High Vacuum
300 
Minyak Trafo
200 
Porselain
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
Polarisasi
Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
Dua Pelat Paralel
0
+
+
Tanpa dielektrik :
+
E0
d




E

+


+


+

+ + + + + + +
Q0

V Q0 / C0


 0
0 A
d
d
0
d
d
Dengan dielektrik :
  
 
 +
+
+
+

+

E
d
E
V Q/C
Q




 0 r A
d
d
 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
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.


E


+

+

+

+

+

+

+

+

+

+
+


+

+

+

+

+
+

+

+

+

+

+
P  N Elok   0 E r  1
+
Induksi momen dipole oleh
medan lokal Elok adalah
p mol   Elok
polarisabilitas
P  N Elok
jumlah molekul per satuan volume
N Elok
 r  1 
0E
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.
Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
4 macam polarisasi
ada medan
tak ada medan
b. polarisasi ionik :
+

+

+

+

+
E

+

+
+

+

+
Terjadi karena pergeseran ion-ion
yang berdekatan dan berlawanan
muatan.
Hanya ditemui pada material ionik.
Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
4 macam polarisasi
ada medan
tak ada medan
+

+

+

+

c. polarisasi orientasi :
E
Terjadi pada material padat dan cair yang
memiliki molekul asimetris yang momen
dipole permanennya dapat diarahkan
oleh medan listrik.
Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
4 macam polarisasi
d. polarisasi muatan ruang :
ada medan
tak ada medan
+


+

+

+

+

+
+

+
+


+


+
+

+


+


E
+
+
+
+
+
+
+

+
+

+
+


Terjadi pengumpulan muatan di
perbatasan dielektrik.
+


+
+

+








r Tergantung Pada
Frekuensi Dan Temperatur
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.
Sifat Listrik Dielektrik - r Tergantung Pada Frekuensi Dan Temperatur
elektronik
ionik
orientasi
muatan ruang
P;
r
muatan ruang
orientasi
ionik

elektronik
absorbsi;
loss factor
power
audio
frekuensi listrik
radio
infra
cahaya
merah
tampak
frekuensi optik
frekuensi
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
oC
silica glass
[6]
400
Kehilangan Energi
Sifat Listrik Dielektrik - Kehilangan Energi
Diagram fasor kapasitor
Desipasi daya (menjadi panas):
P  VC I Rp  VC I C tan 
im
Itot
IC
tan : faktor desipasi

(loss tangent)
P   r V0 ωC V0 tan 
 2 πf V0 C r tan 
2
IRp
VC
re
r tan : faktor kerugian
(loss factor)
Course Ware
Mengenal Sifat Material
Sifat Listrik Dielektrik
Sudaryatno Sudirham