< Previous 107 Methyl alkohol . . . . . .. . .. . . . . . . . 33 , 1 Gelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 - 7 Ambar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,65 Lilin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,25 Mika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,5 - 7 Kekuatan dielektrik menunjukkan gradient potensial ( Voltage / satuan tebal ) yang dapat menyebabkan pelepasan muatan yang dapat menghancurkan zat penyekatnya. Faktor ini adalah suatu ukuran kualitas zat penyekat .Kapasitor-kapasitor itu mempunyai ukuran tertentu supaya dapat dipakai dengan aman pada Voltage yang sudah di tentukan dan jangan di pakai untuk potensial-pontensial yang lebih tinggi. Harga rata-rata kekuatan dielektrik untuk berbagai-bagai zat isolator yang umumnya dipakai dalam KV / cm. Udara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..30 Minyak transformator . . . . . . . . . .. ... .75 Tarpentim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110 Minyak parafin . . . . . . . . . . . . . .. . . .160 Kerosin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 160 Parafin padat . . . . . . . . . . . . . . . . . .250 - 450 Kertas berparafin . . . . . . . . . . . . . . ..300 - 500 Mika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .300 - 700 Ebonit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... 300 - 1000 Gelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 - 1600 2.2.1.3. PERMITIFITAS LISTRIK Misalkan ruang antara plat logam sejajar, kita isi dengan bahan dielektrik , kemudian satu palt kiat hubungkan dengan kutub positif, sedang plat yang lain dengan kutub negatif suatu baterai seperti pada gambar di bawah ini . 108 Gambar 2.62 Permitifitas Listrik Ini juga terjadi di dalam logam , tetapi logam muatan induksi ini akan menghasilkan muatan listrik, sehingga kuat medan di dalam logam menjadi nol. Dalam dielektrik, muatan induksi yang timbul pada permukaan dielektrik tak seberapa banyaknya , sehingga medan listrik induksi yang ditimbulkannya tidak terlalu besar. Akibatnya medan listrik di dalam dielektrik menjadi lebih lemah daripada di luar dielektrik, atau bila tak ada di elektrik. Dipandang dari segi medan listrik dalam logam, dapat kita katakan logam bersifat dielektrik sempurna. Timbulnya muatan induksi dapat di terangkan sebagai berikut. Misalkan kita mempunyai sekumpullan molekul yang muatan positif dan negatif, pada tiap molekulnya terpusat pada tempat yang sama .Molekul seperti ini di katakan bersifat tak polos. Bila di taruh dalam medan listrik gaya Coulamb akan meregangkan pusat muatan positif dan negatif sepeti pada gambar di bawah ini . (a) (b) Gambar 2.63a Molekul tak polar , Pusat muatan positif dan negatif ada di tempat yang sama Gambar 2.63b Molekul mendapat momen dipol listrik dalam medan listrik. E 109 Akibatnya molekul mendapat momen dipol listrik, yaitu momen dipol terinduksi. Dalam molekul tertentu, pusat distribusi muatan positif dan muatan negatif pada tiap molekul terpisah . Molekul seperti ini mempunyai momen dipol listrik permanen, dan dikatakan bersifat polar . Dalam bahan bermolekul polar, arah momen dipol adalah acak. Bila bahan ini di taruh dalam medan listrik setiap molekul akan mendapat momen gaya karena medan Coulomb, sehingga dipol molekul akan terarah. Akibatnya , bila suatu bahan dielektrik di taruh dalam medan listrik akan terjadilah seperti gambar di bawah ini. Bila rapat muatan induksi kita nyatakan sebagai Ói , kuat medan induksinya ( Lihat gambar 2.64 ). Gambar 2.64 Bahan dielektrik dalam medan listrik E = i σΣΟ Medan induksi ini di hasilkan oleh muatan induksi yang berlaku sebagai sistem pelat sejajar. Perhatikan bahwa arah medan induksi melawan medan. Ini di sebabkan oleh muatan pelat yaitu E = i σΣΟ Medan dalam dielektrik adalah super posisi kedua medan listrik E = Eo + E1= ( σοσοΣΣ−i ) Persamaan di atas menyatakan lebih lemahnya medan dalam dielektrik daripada medan listrik diluar . Rapat muatan induksi σ i bergantung pada kuat medan listrik dalam dielektrik, yaitu E . Bila kuat medan listrik tak terlalu besar, maka rapat muatan induksi σ i sebanding dengan kuat medan listrik dalam dielektrik. Kita tuliskan : σ i = Xe E Tetapan Xe disebut suseptibilitas listrik . 110 Dari persamaan 2 - 16 kita dapatkan E = σοσοσοοΣΣΣΣ−=−iXeE atau E = σοοσοΣΣΣ1+=XeKe Tetapan Ke = 1 + XeΣο disebut tetapan dielektrik. Orang sering menggunakan besaran Σ = Ke Σo yang disebut permitivitas listrik. Dengan menggunakan permitivitas listrik, persamaan ( 2-18 ) menjadi E = σ/e Nyatalah medan dalam dielektrik sama seperti medan tanpa dielektrik, hanya permitivitas vakum eσ diganti dengan permitivitas dielektrik e. Contoh Jarak pelat dalam suatu kapasitor pelat sejajar adalah 2 mm. Luas pelat 200cm2. Pelat kapasitor diberi beda potensial 100 volt ( kapasitor sudah terlepas dari sumber tegangan ). Kemudian ruang antara kedua pelat diisi dengan dielektrik . Tetapan dielektrik 50. Hitunglah : (a) Kuat medan sebelum diberi dielektrik, (b) Kuat medan setelah diberi dielektrik, (c) Beda potensial pelat setelah diberi dielektrik, (d) Muata induksi yang terkumpul pada permukaan dielektrik. Jawab: (a) Kuat medan sebelum diberi dielektrik adalah E= Vod100 (V)0,002(m)5x10V m4 1==− (b) Kuat medan setelah diberi dielektrik ialah E = σεσε==KeoEoKe Disini σ adalah rapat muatan pada pelat kapasitor, dan Ke tetapan dielektrik, yaitu Ke = 50. Jadi E = 5 x 1050V m10V m413 1−−= (c) Beda potensial setelah dielektrik dipasang ialah V = E d = ( 103 V m-1 ) ( 0,002m ) =2 V (d) Muatan induksi yang timbul pada permukaan dielektrik qi = σi A. qi = adalah rapat muatan induksi . Kuat medan induksi 111 Ei= σεioEoE(50 x 1010)49 x 10 V m3331=−=−=− Rapat muatan induksi σi = εo Ei = εo ( 49 x 103 ) C m-2 , sehingga σi = εo A = εo ( 49 x 103 ) ( 200 x 10-4 m2 ) = εo ( 9,8 x 102 ) C. Kita juga dapat menghitung σi = Xe e. 2.2.1.4. PENGARUH ELEKTROSTATIK • Pengaruh Dilelektrikum Polarisasi Pada dua plat penghantar yang terdapat isolator dielektrikum antara kedua plat tersebut terdapat atom - atom yang terikat pada ikatan molekulnya dengan bentuk orbitnya yang melingkar dengan posisi simetris , setelah dua keping plat logam diberi potensial ( muatan listrik positif dan negatif ) akan terjadi perubahan bentuk orbit dan terjadi perpindahan posisi muatan listrik , dimana yang semula muatan negatif ( Netron ) melingkar simetris menjadi bentuk oval ( bulat telor ) disamping itu atom tersebut dipengaruhi oleh medan potensial kedua plat , sehingga terjadi gaya tarik menarik antara muatan yang berbeda . Dengan demikian yang terdapat pada kedua plat bisa bertahan dengan waktu tertentu meskipun yang diberikan pada plat telah tiada . Perpindahan posisi muatan elektron pada isolator dalam medan elektrostatika seperti tersebut diatas dinamakan Dielektrikum Polarisasi Lihat gambar Gambar 2.65 Perpindahan posisi muatan elektron pada isolator 112 • Pengaruh Elektrostatika Pada Polarisasi Dua buah plat logam jika diletakkan sejajar , maka diantara kedua plat tersebut terdapat medan elektrostatis, jika pada medan elektrostatis itu diletakkan dielektrikum akan timbul perpindahan posisi muatan yang akan menahan potensial kedua plat setelah aliran listrik tidak diberikan. Jadi pengaruh elektrostatika pada polarisasi adalah untuk menimbulkan perpindahan posisi muatan listrik sebagai penahan potensial pada sisi yang berbeda muatannya. Gambar 2.66 Pengaruh Elektrostatika pada polarisasi 113 Bentuk dasar Faktor ru Kertas Folio − C − 0,16 − 20 kV Metal kertas − C 0,01 pF − 50 µF 0,16 − 20 kV Polystyrol − C−− 500 V 0,0001 Polyester − C−0 − 1000 V 0,001 Poly Karbonat −− 1000 V 0,001 Atu − Elko − 0,15 − 500 V 0,05 − 0,5 pada 50 Hz Tantal − Elko− 580 µF 3 − 450 V 0,05 − 0,5 dibawah 50 Hz Keramik C − kecil−µF 30 − 700 V 0,01 − 0,025 Keramik C − Daya 2 − 20 kV 0,0005 − 0,5 Kapasitor geser 5000 0,4 16 kV − Untuk frekuensi tinggi Kapasitansi kecil Basah − 2200 6 − 630 V 0,1 − 0,4 Kering − 680 3 − 125 V 0,01 − 0,1 Mika − C − 0,25 Sampai 10 kV 0,001 pada 1 MHz Bisa pada temperatur tinggi pada teknik frekuensi tinggi Lapisan Keramik − 2 Sampai 25 kV 0,0005 pada 1 MHz Catatan : Untuk kapasitor yang berpolaritas, tidak dapat digunakan pada tegangan bolak-balik Tantalium Gips Elko 114 2.2.1.5. KAPASITAS KONDENSATOR / KAPASITOR Kapasitor kondensator yaitu besarnya muatan listrik yang dapat disimpan tiap satuan beda potensial antara bidang-bidangnya. Dinyatakan dalam persamaan : CQU= C = kapasitas kapasitor .................... farad ( F ). Q=muatan listrik ............................. coulamb ( C ) U=beda potensial ....................... volt ( V ) Untuk kondensator plat sejajar, kapasitasnya tergantung pada luas dan jarak antara plat serta jenis / macam zat yang berada diantara dua plat tersebut. Dinyatakan dalam persamaan : C = kapasitas kapasitor ........ farad ( F ). A = luas plat .......................... m2 L = jarak antar plat ............... m Σ = konstanta dielektrik mutlak Satuan kapasitas kondensator kebanyakan dinyatakan dalam mikro farad = µF = 10−6 F Σo = Konstanta dielektrik hampa udara = 8,85 . 10−12 Σr = konstanta dielektrik relatif ( bahan tertentu ) Jadi jelas terlihat bahwa : Konstanta dielektrik mutlak adalah konstanta dielektrik relatif. Kontanta dielektrik relatif yaitu konstanta dielektrik tiap jenis bahan tertentu. Σ = Σo . Σr 115 Tabel 2.28 Konstanta dielektrik relatif beberapa jenis bahan No Jenis bahan Konstanta dielektrik ( Σr ) 1 Mika 2,5 − 7 2 Gelas 4 − 7 3 Air 80 4 Gambar 2,65 5 Lilin 2,25 6 Udara 1 2.2.1.6. ENERGI TERSIMPAN PADA KONDENSATOR Untuk memberi muatan pada kondensator, harus dilakukan usaha dan kondensator yang bermuatan merupakan tempat energi tersimpan. Misalkan muatan positif dalam jumlah kecil berulang - ulang terambil dari salah satu platnya, hingga timbul lintasan sembarang dan berpindah ke plat yang satu lagi. Pada tahap tertentu, ketika besar muatan netto pada salah satu plat sama dengan q, beda potensial n antara kedua plat ialah q / c. Besarnya usaha dω untuk memindahkan muatan dg berikutnya ialah : Gambar 2.66 Energi tersimpan pada Kondensator dw = u . dq = q . dqC Jumlah total usaha : w = dq . dqq . dq∫∫∫==wICC = IC . 12 . QQ2C22= µA 116 karena : u = QC w = 12 QC . Q = u . Q Q = u . C w = 12 u . Q = u . u . C = u2 . C ∴ w = usaha listrik ................... joule ( j )u = beda potensial ................... C = kapasitas kapasitor ................ farad ( F )Contoh soal : Sebuah kondensator 4,7 µF dihubungkan pada tegangan 100 V.Hitunglah : a. muatan kondensator b. energi kondensator Jawab : a Q = u . c = 100 . 4,7 . 10−6 Q = 470 . 10−6 C b w = u . Q = 12 . 100 . 470 . 10−6 w = 2350 . 10−6 Ws w = 2350 . 10−6 Joule w = 12 . u2 . C Next >