Dielektrik: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
Oi sanjaya (bicara | kontrib) Tidak ada ringkasan suntingan |
k Bot: Mengganti kategori yang dialihkan Konsep fisika dasar menjadi Konsep dalam fisika |
||
(43 revisi perantara oleh 25 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
{{rapikan}}
'''Dielektrik''' adalah sejenis bahan [[
Walaupun istilah "isolator" juga mengandung arti [[
{{cite encyclopedia|title = Dielectrics (physics)|encyclopedia = Britannica
|pages = 1|publisher =|year = 2009|id = Online
|accessdate = 2009-08-12}}</ref>
Penelitian tentang sifat-sifat bahan dielektrik berhubungan erat dengan kemampuannya menyimpan dan melepaskan energi listrik dan magnetik.<ref>[[Arthur R. von Hippel]], dalam salah satu karyanya, ''Dielectric Materials and Applications'', menyatakan: "''Bahan-bahan dielektrik''... bukanlah termasuk kelas bahan yang biasa disebut isolator,
Istilah "dielektrik" pertama kali dipergunakan oleh [[William Whewell]] (dari kata "dia" dari yunani yang berarti "lewat" dan "elektrik") sebagai jawaban atas permintaan dari [[Michael Faraday]].<ref>{{Cite book|author=J. Daintith|title=Biographical Encyclopedia of Scientists|publisher=CRC Press|year=1994|isbn=0750302879|page=943}}</ref>
== Kerentanan kelistrikan
'''Kerentanan kelistrikan''' X<sub>e</sub> pada bahan dielektrik adalah ukuran seberapa mudah bahan ini dikutubkan dalam medan listrik, yang pada akhirnya menentukan [[permitivitas]] listrik sehingga mempengaruhi sifat-sifat lain dalam bahan dielektrik tersebut, misalnya nilai [[kapasitansi]] jika dipergunakan dalam [[kapasitor]].
Baris 21 ⟶ 20:
</math>
Kerentanan sebuah bahan memiliki hubungan dengan permitivitas relatifnya <math>\, \varepsilon_r</math> yaitu:
Baris 29 ⟶ 28:
Sehingga dalam ruang hampa,
:<math>\chi_e\ = 0.
[[Perpindahan medan listrik]] '''D''' berhubungan dengan kerapatan pengkutuban '''P''' melalui:
Baris 37 ⟶ 36:
</math>
=== Penyebaran (dispersi) dan hukum sebab
Secara umum, sebuah bahan tidak dapat langsung terkutub (''polarized'') secara mendadak pada saat berada dalam medan listrik. Bentuk umum rumus sebagai fungsi waktu pengutuban ini adalah:
Baris 48 ⟶ 47:
:<math>\mathbf{P}(\omega)=\varepsilon_0 \chi_e(\omega) \mathbf{E}(\omega).</math>
Perlu diperhatikan bahwa frekuensi
Lebih jauh, bahwa pengutuban hanya bergantung pada medan listrik pada waktu lampau (yaitu <math>\chi_e(\Delta t) = 0</math> untuk <math>\Delta t < 0</math>), sebagai konsekuensi atas hukum sebab-akibat, pengutuban memiliki [[hubungan Kramers–Kronig]] pada kerentanan <math>\chi_e(0)</math>.
== Pengutuban dielektrik ==
=== Permodelan atom sederhana ===
[[
Dalam pendekatan teori klasik tentang permodelan dielektrik, sebuah bahan terbuat dari [[
Hal ini dapat dipandang secara sederhana sebagai [[dwikutub]]
Ketika medan listrik hilang,
* Apakah medan listrik dalam bahan tersebut konstan ataukah berubah sejalan waktu?
*
* Bagaimana ciri-ciri bahan tersebut?
*
*
*
* Apakah harus diperhatikan bila sistemnya [[sistem linear|linear]] atau [[sistem nonlinear|nonlinear]]?
Hubungan antara medan listrik '''E''' dan momen dwikutub '''M''' mempengaruhi perilaku bahan dielektrik, yang mana pada bahan tertentu, dapat dicirikan melalui fungsi '''F''' dengan persamaan:
:<math>\mathbf{M} = \mathbf{F}(\mathbf{E})</math>.
Ketika medan listrik dan jenis bahan telah ditentukan, lalu ditentukan fungsi ''F'' paling sederhana untuk mendapatkan hasil paling mendekati dari sifat yang diinginkan.
=== Pengutuban dwikutub ===
'''Pengutuban dwikutub'''
Jika medan listrik dari luar dipaparkan pada bahan tertentu, jarak antara muatan dalam atom, yang terkait dengan [[ikatan kimia]]nya, tidak berubah selama terkutub; namun, kutub-kutubnya akan berputar. Putarannya tergantung pada [[torsi]] dan [[viskositas]] molekul yang bersangkutan. Karena perputaran ini tidak dapat terjadi secara mendadak, pengutuban dwikutub belum terjadi ketika frekuensi pengutuban masih rendah. Jarak waktu respon muatan listrik karena adanya medan listrik ini menimbulkan [[gesekan]] dan [[panas]].
=== Pengutuban ion ===
'''Pengutuban ion''' adalah pengutuban yang terjadi karena adanya perpindahan relatif antara [[ion]] negatif dan positif dalam molekul yang bersangkutan, misalnya pada [[Garam|NaCl]]).
Sering kristal atau molekul tidak terdiri hanya satu jenis atom saja, distribusi muatan listrik
Pengutuban ion menyebabkan [[transisi feroelektrik]] dan juga pengutuban dwipolar. Transisi yang disebabkan berubahnya urutan arah kutub permanen sepanjang garis tertentu, disebut '''transisi fase ''order-disorder'''''. Sedang transisi yang disebabkan oleh pengutuban ion dalam kristal disebut
== Dispersi dielektrik ==
Dalam ilmu fisika, '''dispersi dielektrik''' adalah ketergantungan bahan dielektrik pada nilai permitivitasnya pada frekuensi tertentu ketika adanya medan listrik. Karena adanya jeda waktu antara pengutuban dan perubahan medan listrik, permitivitas bahan dielektrik menjadi sangat rumit, diperlukan fungsi dengan [[bilangan kompleks]] dari frekuensi medan listrik. Hal ini sangat penting dalam penggunaan bahan dielektrik dan analisis sistem pengutuban.
Baris 96 ⟶ 95:
Ketika frekuensi meningkat:
# Pengutuban dwikutub tidak mungkin mengejar perubahan medan listrik ketika memasuki
# Ketika memasuki daerah [[infra-merah]] atau infra-merah-jauh sekitar 10<sup>13</sup> Hz, pengutuban ion tidak lagi merespon terhadap medan listrik;
# Pengutuban listrik benar-benar tidak mungkin terjadi ketika frekuensi memasuki daerah [[
Dalam frekuensi
== Relaksasi dielektrik ==
'''Relaksasi dielektrik''' adalah komponen jeda waktu dalam [[permitivitas relatif|konstanta dielektrik]] suatu bahan. Jeda ini biasanya disebabkan oleh jeda waktu yang diperlukan molekul bahan sampai terkutub (''polarized'') ketika mengalami perubahan medan listrik disekitar bahan dielektrik (misalnya, kapasitor yang dialiri [[arus listrik]]). Relaksasi dielektrik ketika terjadi perubahan medan listrik dapat dipersamakan dengan adanya [[histerisis]] ketika terjadi perubahan [[medan magnet]] (dalam [[induktor]] atau [[transformer]]). Dalam [[sistem linier]], relaksasi secara umum berarti jeda waktu sebelum respon yang diinginkan muncul, oleh karena itu relaksasi diukur sebagai nilai relatif terhadap keadaan dielektrik stabil yang diharapkan (''equilibrium''). Jeda waktu antara munculnya medan listrik dan terjadinya pengutuban berakibat berkurangnya [[energi bebas gibbs|energi bebas]] (G) tanpa dapat dikembalikan.
Dalam ilmu [[fisika]], '''relaksasi dielektrik''' mengacu pada waktu respon relaksasi bahan dielektrik atas medan listrik dari luar pada frekuensi gelombang mikro. Relaksasi ini sering diterangkan dalam permitivitas sebagai fungsi terhadap [[frekuensi]], yang mana, dalam sistem ideal, dapat dinyatakan dalam persamaan Debye. Namun di lain pihak, pergeseran pengutuban ion dan pengutuban elektron menunjukkan perilaku sejenis [[resonansi]] atau [[osilasi]]. Ciri proses pergeseran sangat bergantung pada struktur, komposisi, dan lingkungan sekitar dari bahan.
Jumlah panjang gelombang yang bisa dipancarkan sebagai radiasi ketika terjadinya relaksasi dielektrik dapat ditemukan menggunakan Hukum Hemmings yang pertama
:<math>n = \frac{l^2-l}{2} </math>
di mana
:''n'' adalah jumlah panjang gelombang yang bisa dipancarkan sebagai radiasi
:<math>l</math>
=== Relaksasi Debye
'''
:<math>
Baris 126 ⟶ 121:
</math>
P. Debye (1913), Ver. Deut. Phys. Gesell. 15, 777; reprinted 1954 in collected papers of Peter J.W. Debye Interscience, New York</ref>
===
* [[
* [[Persamaan Cole–Davidson]]
* [[Relaksasi Havriliak–Negami]]
* Fungsi Kohlrausch–Williams–Watts (Transformasi Fourier atas [[fungsi ekponensial diregangkan]])
==
===
{{Main|
[[
Kapasitor yang diproduksi untuk komersial biasanya menggunakan bahan dielektrik [[zat padat|padat]] yang memiliki permitivitas tinggi sebagai pemisah antara muatan positif dan negatif yang disimpan. Bahan ini sering pula disebut sebagai "dielektrik kapasitor".<ref>
{{Ref patent
|country=United States
Baris 162 ⟶ 157:
</ref>
Keuntungan yang jelas terlihat jika menggunakan bahan dielektrik semacam ini adalah mencegah dua plat konduktor yang mana terdapat muatan listrik saling berhubungan langsung. Dan yang lebih penting, permitivitas tinggi memungkinkan lebih banyak muatan listrik yang tersimpan pada [[potensial listrik|potensial]] yang sama. Kerapatan muatan listrik σ<sub>ε</sub> yang bisa disimpan jika menggunakan bahan dielektrik linear dengan permitivitas '''ε''' dan ketebalan '''d''' untuk memisah dua konduktor dapat dihitung dengan
:<math>\sigma_{\epsilon}=\epsilon\frac{V}{d}</math>
:<math>c=\frac{\sigma_{\epsilon}}{V}=\frac{\epsilon}{d}</math>
Dari sini, bisa kita lihat bahwa semakin besar ε makin besar pula muatan yang disimpan (σ<sub>ε</sub>) dan akhirnya makin besar pula nilai kapasitansinya.
Bahan dielektrik yang digunakan dalam kapasitor juga dipilih yang sulit [[ionisasi|terionisasi]] agar kapasitor dapat dipergunakan pada potensial tinggi tanpa khawatir bahan dielektrik terionisasi dan mengalirkan arus (arus bocor).
=== Resonator dielektrik ===
'''[[Osilator resonator dielektrik]]''' (DRO -- ''Dielectric Resonator Oscillator'') adalah komponen elektronika yang menghasilkan [[resonansi]] dalam rentang frekuensi sempit, biasanya pada pita gelombang mikro. Komponen ini terdiri dari "''puck''" keramik yang memiliki konstanta dielektrik besar dan [[faktor lesapan]] (''dissipation factor'') rendah. Resonator semacam ini digunakan untuk mendapatkan frekuensi acuan dalam rangkaian osilator. Resonator dielektrik tak-terlindung (''unshielded'') dapat ditemui pada [[Antena Resonator Dielektrik]] (DRA -- ''Dielectric Resonator Antenna'').
== Dielektrik dalam praktik ==
Bahan dielektrik dapat berupa [[zat padat]], [[zat cair]], atau [[gas]]. Bahkan, ruang hampa-pun dapat dianggap bahan dielektrik walaupun konstanta dielektrik relatifnya merupakan identitas (bernilai 1).
Tampaknya dielektrik dalam bentuk padat lebih umum dipergunakan dalam ilmu kelistrikan, dan banyak zat padat merupakan [[isolator]] yang baik. Beberapa contoh antara lain [[porselen]], [[kaca]], dan sebagian besar [[plastik]]. [[Udara]], [[nitrogen]], dan [[belerang hexafluoride]] adalah tiga [[gas]] yang umum digunakan sebagai bahan dielektrik.
* Pelapis industrial seperti parylene bertindak sebagai penghalang dielektrik antara bahan yang dilapisi dan lingkungan sekitar.
* Minyak yang digunakan dalam [[transformer]] (terutama yang besar) berguna sebagai bahan dielektrik cair dan sebagai pendingin. Bahan dielektrik cair memiliki konstanta dielektrik yang lebih tinggi, sehingga bisa dipergunakan dalam kapasitor [[tegangan tinggi]] sehingga mencegah terjadinya muatan bocor bila terjadi korona dan juga meningkatkan nilai kapasitansi.
* Karena bahan dielektrik menghambat arus listrik, permukaan bahan dielektrik bisa saja menangkap muatan listrik berlebih yang ''terlepas''. Hal ini dapat terjadi secara tidak sengaja ketika bahan dielektrik tergesek atau tersentuh bahan lain sehingga terjadi [[efek tribolistrik]]. Namun kadang kala kejadian seperti ini justru diinginkan seperti dalam [[generator Van De Graff]] atau [[elektroforus]], atau dapat pula kejadian ini malah merusak seperti dalam pelepasan [[listrik statis]].
* Bahan dielektrik khusus yang disebut [[elektret]] dapat menyimpan muatan listrik cukup lama, hampir seperti magnet yang mampu menyimpan medan magnet.
* Beberapa bahan dielektrik mampu menghasilkan potensial listrik ketika mengalami [[tekanan]], atau dapat berubah bentuk ketika diberi potensi listrik. Sifat ini disebut sebagai sifat [[piezoelektrik]]. Bahan piezoelektrik merupakan jenis dielektrik yang sangat berguna dalam berbagai alat.
* Beberapa bahan dielektrik dalam bentuk [[kristal]] [[ion]] dan [[polimer]] memiliki momen dwikutub sendiri, yang dapat dimodifikasi oleh medan listrik dari luar. Perilaku ini disebut efek [[feroelektrik]]. Bahan-bahan ini berperilaku seperti bahan [[feromagnetisme|feromagnetik]] ketika terpapar medan magnet. Bahan feroelektrik sering kali memiliki konstanta dielektrik yang sangat besar, sehingga bahan-bahan jenis ini sangat berguna dalam pembuatan kapasitor.
== Referensi ==
* Classical Electrodynamics,John David Jackson Published by Wiley,1998 ISBN7130932X,780471309321
{{Reflist}}
== Pranala
* [http://www.lightandmatter.com/html_books/0sn/ch11/ch11.html Electromagnetism] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110603233123/http://www.lightandmatter.com/html_books/0sn/ch11/ch11.html |date=2011-06-03 }} - A chapter from an online textbook
* [http://wiki.4hv.org/index.php/Dielectric_Sphere_in_Electric_Field Dielectric Sphere in an Electric Field] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070116093447/http://wiki.4hv.org/index.php/Dielectric_Sphere_in_Electric_Field |date=2007-01-16 }}
* [http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/dielectrics/index.php DoITPoMS Teaching and Learning Package "Dielectric Materials"]
* {{Wikisource-inline|list=
**{{Cite Americana|Dielectric|noicon=x}}
**{{Cite EB1911|Dielectric|noicon=x}}
}}
[[Kategori:Dielektrik| ]]
[[Kategori:Listrik]]
[[Kategori:Medan listrik]]
[[Kategori:Medan magnet]]
[[Kategori:Konsep dalam fisika]]
[[Kategori:Ilmu material]]
[[Kategori:Besaran]]
|