Sifat listrik-dielektrik

Mengenal Sifat Material

#4 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

00d

AC berubah menjadi

rrC

d

A

d

AC

00

dielektrik meningkatkan kapasitansi sebesar r kali

Faktor Desipasi

Sifat Listrik Dielektrik - Karakteristik Dielektrik

Diagram fasor kapasitor

im

reIRp

ICItot

VC

tanCCRpC

P IVIV

Desipasi daya (menjadi panas):

tan : faktor desipasi

(loss tangent)

tanπ2

tanω

2

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 10 2

Tegangan 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

A

Q

d

CQ

d

VE

Tanpa dielektrik :

qre

p

E0

+ + +

d

0

+

+

+ + + + + + +

dE

+

+

+

+

+

+

Dipole listrik :

timbul karena terjadi Polarisasi

rrd

d

A

Q

d

CQ

d

VE

00

/

Dengan dielektrik :

10000 rrEEE

Polarisasi : total dipole momen listrik per satuan volume

P

Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi

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

lokmolE p

polarisabilitas

lokEN P

jumlah molekul per satuan volume

1 0 rlokEENP

E

ENlok

r

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.

Sifat Listrik Dielektrik - r Tergantung Pada Frekuensi Dan Temperatur

frekuensi listrik frekuensi optik

frekuensipower audio radio infra

merah

cahaya

tampak

P;

r

absorbsi;

loss factor

muatan ruang

orientasi

ionik

elektronik

orientasi

muatan ruang

ionikelektronik


r

oC

5 102 cps

104 cps

8 102 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

ICItot

VC

tanCCRpC

P IVIV

Desipasi daya (menjadi panas):

tanπ2

tanω

2

0

00

r

r

Cf

CP

V

VV

r tan : faktor kerugian

(loss factor)

Sifat Listrik Dielektrik - Kehilangan Energi

Course Ware

Mengenal Sifat Material

#4 Sifat Listrik Dielektrik

Sudaryatno Sudirham

Sifat listrik-dielektrik

Documents