Selamat Datang Dalam Kuliah Terbuka Ini 1 Kuliah
Selamat Datang Dalam Kuliah Terbuka Ini 1
Kuliah terbuka kali ini berjudul “Mengenal Sifat Material II” 2
Disajikan oleh Sudaryatno Sudirham melalui www. darpublic. com 3
Sesi 5 Sifat Listrik Dielektrik
Dielektrik digunakan pada kapasitor dan sebagai bahan isolasi Permitivitas relatif didefinisikan sebagai rasio permitivitas dielektrik ( ) dengan permitivitas ruang hampa ( 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 berubah menjadi dielektrik meningkatkan kapasitansi sebesar r kali Ini merupakan karakteristik dielektrik
Diagram fasor kapasitor Desipasi daya (menjadi panas): im Itot IC tan : faktor desipasi (loss tangent) Ini juga karakteristik dielektrik IRp VC re r tan : faktor kerugian (loss factor)
Kekuatan Dielektrik : gradien tegangan maksimum yang masih dapat ditahan oleh dielektrik sebelum terjadi tembus listrik Ini juga merupakan karakteristik dielektrik 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.
Tegangan tembus [k. V] 600 udara 400 psi SF 6 100 psi 500 400 High Vacuum 300 Minyak Trafo Porselain 200 SF 6 1 atm 100 0 0 udara 1 atm 0. 51 1. 03 1. 55 2, 13 Jarak elektroda [m] X 10 2 2, 54
Polarisasi pada Dielektrik 0 + + Tanpa dielektrik : + E 0 d E + + Dengan dielektrik : d + + + + Selisih ini timbul karena terjadi Polarisasi adalah total dipole momen listrik per satuan volume dipole listrik momen adalah muatan jarak
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 + + + + + + + + Induksi momen dipole oleh medan lokal Elok adalah polarisabilitas jumlah molekul per satuan volume
4 macam polarisasi a. polarisasi elektronik ada medan tak ada medan E Polarisasi ini teramati pada semua dielektrik Polarisasi terjadi karena pergeseran awan elektron pada tiap atom terhadap intinya.
b. polarisasi ionik ada medan tak ada medan + + + E + + + Polarisasi terjadi karena pergeseran ion-ion yang berdekatan yang berlawanan muatan Mekanisme polarisasi ini hanya ditemui pada material ionik
c. polarisasi orientasi ada medan E + + + + + tak ada medan Polarisasi ini terjadi pada material padat dan cair yang memiliki molekul asimetris yang momen dipole permanennya dapat diarahkan oleh medan listrik.
d. polarisasi muatan ruang ada medan tak ada medan + + + + + + + + E + + + + + Pada polarisasi ini terjadi pengumpulan muatan di perbatasan dielektrik.
Permitivitas Relatif r 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.
elektronik ionik orientasi muatan ruang P r muatan ruang orientasi ionik elektronik absorbsi; loss factor power audio frekuensi listrik radio infra merah cahaya tampak frekuensi optik frekuensi
20 5 102 cps 104 cps 15 r 10 8 102 cps 5 0 0 100 200 300 400 o. C silica glass
Kehilangan Energi Diagram fasor kapasitor Desipasi daya (menjadi panas): im Itot IC tan : faktor desipasi (loss tangent) IRp VC re r tan : faktor kerugian (loss factor)
Kuliah Terbuka Mengenal Sifat Material II Sesi-5 Sudaryatno Sudirham 19
- Slides: 19