Upload
amirul-mukminin
View
2.296
Download
9
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Sifat dielektrik
Citation preview
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)
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.
Sifat Listrik Dielektrik - Karakteristik Dielektrik
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]
Sifat Listrik Dielektrik - Karakteristik Dielektrik
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
Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
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.
Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
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.
Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
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.
Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
4 macam polarisasi
tak ada medanada medan
E
d. polarisasi muatan ruang :
+ + +
+ +
+ + + +
+ +
+ + +
+ + +
+ +
++
+ +
++ +
++
+
Terjadi pengumpulan muatan di
perbatasan dielektrik.
Sifat Listrik Dielektrik - Polarisasi
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
Sifat Listrik Dielektrik - r Tergantung Pada Frekuensi Dan Temperatur
r
oC
5 102 cps
104 cps
8 102 cps
5
10
15
20
0
0 100 200 300 400
silica glass [6]
Sifat Listrik Dielektrik - r Tergantung Pada Frekuensi Dan Temperatur
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